リチウムイオン電池の特性
リチウムイオン電池（Li-ion電池）は、セカンダリ（再充電可能）電池の一種で、放電時にリチウムイオンが陽極から電解質を通って陰極へ移動し、充電時にはその逆が行われます。特に注目すべき利点として、高いセル電圧、高エネルギー密度、メモリ効果のなさが挙げられます。これらの電池は、多くのラップトップコンピューター、コードレス電動工具、一部の電気自動車、電動キックスクーター、ほとんどの電動自転車、ポータブルパワーバンク、LED懐中電灯に使用されています。
電池の構造
リチウムイオン電池の陰極は、リチウム化合物を含んだ複合材料でできており、電池の種類を決定します。陽極は通常、多孔性のリチウム化されたグラファイトで構成されています。電解質は液体、ポリマー、または固体であり、セパレーターはリチウムイオンの輸送を可能にするために多孔性であり、セルの短絡と熱暴走を防ぎます。リチウムイオン電池の化学、性能、コスト、安全性はタイプによって異なります。
電圧と容量
電池の電圧は、電気化学反応における正極と負極の材料の電位差によって生じます。リチウムイオン電池はほとんどが3.8Vで動作します。充電器から電池へ電流が流れるためには、電位差が必要です。したがって、ほとんどのスマートフォン用の充電器やUSBは5Vを提供します。リチウムイオン電池のカットオフ電圧は、約3.2Vです。その定格電圧は3.6～3.8V、最大充電電圧は4～4.2Vに達することがあります。
リチウムイオン電池のクーロン容量は、電池が特定の放電電流で100%のSOCからカットオフ電圧まで放電されたときに利用可能な合計アンペア時数です。リチウムイオン18650電池は一般的に2,300～3,600mAhの容量を持ちます。
充放電速度と自己放電
Cレートは、電池の充放電速度をその最大容量に対して表すために使用されます。1Cレートは、放電電流が1時間で電池全体を放電することを意味します。ほとんどのリチウムイオン電池は、60°Cを超える最大温度に耐えることができず、0.5Cの充電レートで最大45°Cまで充電することが推奨されます。18650電池のCレーティングは通常1Cであり、電池から最大2.85Aを消費することができます。
電池は接続されていなくても、電流を供給していなくても、徐々に自己放電します。これは、負荷がかからない場合でもセル内で起こる非電流生成の「サイド」化学反応によるものです。リチウムイオン充電式電池の自己放電率は、通常メーカーによって1.5～2% / 月とされています。この率は温度と充電状態によって増加します。
劣化と放電深度
充電放電サイクルごとに充電式電池の一部の劣化が発生します。劣化は通常、電解質が電極から離れたり、活性材料が電極から剥がれたりするために起こります。最新の18650リチウムイオン電池は、一般的に300～500サイクル（充電、放電サイクル）のサイクル寿命を持っています。LFP電池は、条件によって2,700～10,000サイクル以上のサイクル寿命を提供します。
放電深度（DOD）は、電池からどれだけのエネルギーが取り出されたかを表す指標で、全容量に対する割合として表現されます。例えば、100Ahの電池から40Ahが取り出された場合、40%のDODとなります。リチウムイオン電池の場合、セルのサイクル寿命はDODに大きく依存します。大きなDODサイクルではリチウムイオンと活性電極材料の損失が多く、高いDODで追加の劣化メカニズムが生じ、陰極材料の分解や溶解、容量の低下が起こります。
