現在、利用されている蓄電池(バッテリー)は、主に鉛蓄電池とリチウムイオン電池です。
蓄電池は使い切りの一次電池に対して、二次電池とも呼ばれます。
蓄電池は、使う素材によって「鉛蓄電池」「ニッケル水素電池」「リチウムイオン電池」「NAS電池 (ナトリウム・硫黄電池)」などに分けられます。
それぞれの特長に合わせ、利用される用途が異なります
蓄電池(バッテリー)の種類と特徴
鉛蓄電池の種類
- ニッケル水素電池
- リチウムイオン電池
- ニッケルカドミウム電池
- 全固体電池 など
鉛蓄電池
鉛蓄電池は負極に鉛、正極に二酸化鉛、電解液に希硫酸を用いた電池です。
もっとも古い歴史を持つ蓄電池で、主に自動車のバッテリーや、非常時のバックアップ電源として用いられています。
メリット
安定性に非常に優れ、価格が比較的安い
デメリット
充放電を繰り返すと負極の金属に硫酸鉛の硬い結晶が発生しやすくなる。
使用を繰り返すことで性能が劣化し、寿命が低下していく。
大型で重い。
ニッケル水素電池
ニッケル電池は、負極に水素吸蔵合金、正極にオキシ水酸化ニッケル、電解液に水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を用いた電池です。
主に乾電池二次電池・ハイブリッドカーなどに用いられています。
メリット
エネルギー密度が高く、過充電・過放電に強い。
デメリット
自然放電量が大きく、使わなくても電気容量が減ってしまう。
メモリー効果※の関係で、電圧が下がりやすい。
- ※メモリー効果:電池を使い切らずに充放電を繰り返すと起こる、放電中の一時的な電圧降下のこと
リチウムイオン電池
リチウムイオン電池は、負極にグラファイトなどの炭素材、正極にリチウム含有金属酸化物、電解液に有機電解液を用いた電池です。
メリット
急速充放電が可能。
蓄電池の中でもエネルギー密度が高く、小型化が可能。
自己放電が少ない。
寿命が比較的長い。
デメリット
鉛蓄電池に比べると価格が高い。普及が進むにつれ、以前よりも安く入手できるようになってきている。
有機電解液を用いているため、高い安全性の確保対策が必要。
L-POWER(エルパワ-)シリーズ LPB-1000Wは「リン酸鉄系リチウムイオン電池」を採用しています!
L-POWER(エルパワ-)シリーズ LPB-600Wは「三元系リチウムイオン電池」を採用しています。
NAS(ナトリウム・硫黄電池)電池
NAS電池 (ナトリウム・硫黄電池)は、負極にナトリウム、正極に硫黄、電解液にベータアルミナセラミックスを用いた電池です。
メリット
エネルギー密度が高く、鉛電池と比較しても低価格・長寿命。
デメリット
常温では動作せず作動温度の300度に温度を維持する必要がある。
ナトリウムと硫黄を使用するので危険物として取り扱われるため、日々の動作確認や保守作業などが必要不可欠となる。
リチウムイオン電池の種類
リチウムイオン電池の種類
住宅用蓄電池ではリチウムイオン電池が最も多く使用されています。
リチウムイオン電池は、他の種類と比較して安全面、サイズ、寿命のバランスが最も蓄電池に適しているからです。例えば、鉛蓄電池は寿命に不安が残り、NAS電池は家庭用としては非常に大型となってしまうため、気軽に設置できないサイズとなります。
リチウムイオン電池は、正極・負極・電解質の違いから「コバルト系」「ニッケル系」「マンガン系」「三元系」「チタン酸系」「リチウムポリマー系」「リン酸鉄系」「NCA系」などのように系統が分かれます。その中で蓄電池で安全性とコストパフォーマンスの関係からよく使用されているものは、「リン酸鉄系」「NCA系」「三元系」の3種類になります。
リン酸鉄系リチウムイオン電池
リン酸鉄系リチウムイオン電池とは、リン酸を正極に使用している電池です。
電池内で発熱があっても熱暴走が起こりにくく、安全性が高い電池です。
原材料費が安く、マンガン系リチウムイオン電池などと比較して、安価で製造することができます。
主な用途
電動工具や電動自動車などで使用されています。
L-POWER(エルパワ-)シリーズ LPB-1000Wは「リン酸鉄系リチウムイオン電池」を採用しています!
NCA系リチウムイオン電池
NCA系リチウムイオン電池は、NCA(ニッケル、コバルト、アルミニウムの頭文字を取った化合物)を正極に使用している電池です。
ニッケル系の課題である安全性を克服し、耐熱性を高めた電池です。
他のリチウムイオン電池と比較して、高エネルギー密度化に優れています。
発熱量が少なく低温時の放電特性にも優れています。
主な用途
医療機器や電動自動車などで使用されています。
三元系リチウムイオン電池
三元系は、NMC(ニッケル、マンガン、コバルトの頭文字を取った化合物)を正極に使用している電池です。
コバルト系リチウムイオン電池よりも安全性を高め、車載向けに改良されたものです。
発熱量が少なく低温時の放電特性にも優れています。
主な用途
医療機器や電動自動車などで使用されています。
L-POWER(エルパワ-)シリーズ LPB-600Wは「三元系リチウムイオン電池」を採用しています。
リチウムイオン電池の安全性
蓄電池として使われるリチウムイオン電池は、正極にリチウム含有金属酸化物、負極にグラファイトなどの炭素材、電解液に有機電解液を用いて発電します。
エネルギー密度が高く、急速充放電が可能です。
しかも自己放電が小さいため、長時間充電していない状態で長期間放置されていたとしても、充電したエネルギーを長期間保存し、効率よく使用することができます。
また、充電を繰り返すことによる悪影響が少なく、長寿命が期待できます。
その反面、リチウムイオンそのものは、周囲との反応性も大変に高く、空気に触れただけでも空気中の窒素と反応して窒素リチウムが生成されてしまいます。また、水とも容易に反応して燃焼します。
そのため、消費者庁では、リチウムイオン電池を落としたり、強い衝撃や圧力を加えたりしないよう警笛をならしています。
リチウムイオン電池は、ノートパソコンやスマートフォンを含む携帯電話などで用いられ、身近にあるものですが、その中にも種類があり、危険度は大きく異なります。
リチウムイオン電池にも様々な種類があり、過去に爆発・発火事故を起こし社会問題となったのは、コバルト系やポリマー系 、三元系のリチウムイオン電池です。
一方、リン酸鉄リチウムイオン電池はエネルギー密度が低く、過充電・過放電状態になっても爆発しない特徴があり安全性が高鋳物となります。
-20℃の低温環境での使用や約10年と長期使用も可能で幅広いシーンで活用できます。
また、鉛二次電池の自己放電率は月に約20%となりますが、リン酸鉄リチウムイオン電池では月に1%なので、長期間放置しても充分な電力が得られます。
リン酸鉄系以外のリチウムイオン電池は、経済産業省より発火・爆発の危険性が指摘されているので、気を付けてください。
リチウムイオン電池の使用・購入を検討されている場合は、リン酸鉄系のリチウムイオン電池をお勧めします。