電池における温度範囲とは?【リチウムイオン電池の動作温度範囲】

電池における温度範囲とは?【リチウムイオン電池の動作温度範囲】

 

リチウムイオン電池は高電圧、高容量、高エネルギー密度、長寿命などのメリットがあるためスマホバッテリーや電気自動車搭載電池、家庭用蓄電池などの採用されています。

 

ただ近年、Galaxy note7などのリチウムイオン電池の発火事故が急増しており、リチウムイオン電池の安全性(危険性)が認識されるようになり、この安全性の向上がリチウムイオン電池普及のための課題の一つであるといえます。

 

IOT化が今後進むにつれ、リチウムイオン電池の重要性がより増してくるため、リチウムイオン電池に関する知識を増やすとより快適な生活を送れるでしょう。

 

特にリチウムイオン電池では、高温時や低温時などの通常使用するときの温度より、大きく外れた状況下では性能が劣化しやすいことがわかっており、高温や低温下などの過酷な状況下でも動作できるような設計になっていることが基本です。

 

このようにリチウムイオン電池が使用できる温度のことを動作温度範囲もしくは単純に温度範囲などとよび、ここではリチウムイオン電池の動作温度範囲に関する「高温環境や低温環境での電池の劣化の仕方」「動作温度範囲を広げるための工夫」について解説しています。

 

・リチウムイオン電池の動作温度範囲の上限値とは?

 

・リチウムイオン電池の動作温度範囲の下限値とは?

 

・リチウムイオン電池の温度範囲を広げる方法

 

・※補足 リチウムイオン電池の温度特性とは?

 

というテーマで解説していきます。

 

 

リチウムイオン電池の動作温度範囲の上限値とは?

リチウムイオン電池の動作温度範囲の上限値は、主に高温での容量劣化や内部抵抗が進みず、かつ電池が爆発などの危険な状態にならないような温度として決められています。

 

こちらのリチウムイオン電池の高温特性のページでも記載しましたが、一般的なリチウムイオン電池では負極での化学反応(SEI被膜の成長)などが主な原因として、容量の劣化や内部抵抗の上昇などが起こります。

 

この劣化反応は化学反応であるために、アレニウスの式と呼ばれる式に従い、高温環境下では劣化が速くなるという特徴があります。

 

つまり、高温環境下では一度劣化がおきてしまうとリフレッシュ(復活)することができない劣化形態をとります。そのため、リチウムイオン電池を長持ちさせるためには、高温においてはいけません。

 

他にも動作温度範囲を超えた温度になると、基本的にリチウムイオン電池の構成部材であるセパレータが縮小しはじめ、正極と負極が直接触れる短絡という現象が起こります。

 

短絡が起こると発熱反応が進み、これが元となり、さらにセパレータが縮み、更なる短絡を招くリスクがあります。

 

すると温度がどんどん上昇し、電解液と負極の反応の発生、電解液の分解反応の発生等々、あらゆる発熱反応を引き起こし、最終的には熱暴走から破裂・発火にいたるリスクがあります。

 

リチウムイオン電池を構成する正極材、負極材、電解液などにもよりますが、上述の反応が起こるために、動作温度範囲の上限値はおおよそ60℃程度であるケースが多いです。

 

関連記事

 

容量(Ah,mAh)とは?
内部抵抗とは?
アレニウスの式とは?活性化エネルギーを算出する方法
リリチウムイオン電池のリフレッシュ(復活)方法は存在するのか?
リチウムイオン電池を長持ちさせる方法
リチウムイオン電池の発火事故発生のメカニズムは?
リチウムイオン電池の構成と反応、特徴
リチウムイオン電池における短絡とは?
リチウムイオン電池の高温特性とは?
リチウムイオン電池の低温特性とは?

 

 

リチウムイオン電池の動作温度範囲の下限値とは?

 

これに対して、リチウムイオン電池における動作温度範囲の下限値は、低温時に出力が下がりすぎないことや低温での急速充電時におこる電析という現象がおこらないようにするための温度になっています。

 

こちらの外部温度と容量・内部抵抗の関係でも解説していますが、リチウムイオン電池をはじめとした電池では、低温下ではあらゆる電池内部での抵抗値があがる傾向にあります。(金属のオーミックな抵抗は温度が下がると逆にあがりますが

 

電池の内部抵抗があがると、出力が下がるために、製品に電池を搭載した場合、製品を動かすことができない状況になるリスクがあります。

 

他に動作温度範囲の下限値を規定ときは、低温下で急速充電を行うと負極で電析と呼ばれる現象がおき、電池の容量や出力が大きく劣化するため、これがおこらないように動作温度範囲の下限値が設定されています。

 

これらの要因からリチウムイオン電池の温度範囲の下限値は製品にもよりますが、-20~0℃程度であるケースが多いです。

 

関連記事

 

電析とは?リチウムイオン電池の電析 
外部温度と容量・内部抵抗の関係
金属の電気抵抗と温度依存性
リチウムイオン電池の低温特性とは?

 

 

リチウムイオン電池の温度範囲を広げる方法

それでは、そのようにするとリチウムイオン電池の温度範囲(動作温度範囲)を広げることができるのでしょうか?

 

 

高温側では、負極の表面での負極材と電解液の反応による堆積物(SEI)の生成が劣化の大きな原因となっています。

 

特に電解液の成分に、添加剤であるVC(ビニレンカーボネート)やFECの添加することや他のエチレンカーボネート(EC)やジエチルカーボネート(DEC)などの割合を最適化することで、リチウムイオン電池の高温時の劣化が大きく軽減されるケースもあります。

 

そのため、電解液の最適化が高温での温度範囲を広げるために重要です。(もちろん正極材や負極材の種類や組成、電極構造が適切でないとそちらの方が先に劣化するケースもありますが、基本は電解液由来であるケースが多いです。)

 

 

また、低温時では電析がおこりにくい材料であるチタン酸リチウムを使用することや黒鉛負極を使用する場合でも負極の利用容量をさげることなどで対処するといいです。

 

動作温度範囲の下限値をさげる方法としては、PC(プロピレンカーボネート)などの融点が氷点下以下といった非常に低いものを少量まぜても使用してもいいです。

 

ただ、PCの組成を上げ過ぎると黒鉛負極ではSEIがうまく形成されず、電池性能が大幅に劣化するためにこちらも材料組成をきちんと検討したうえで採用しましょう。

 

結局は、電解液や正極材・負極材といった材料の最適化とその組み合わせの最適化が必要であり、各種評価して検討をすすことが大切です。

 

関連記事

 

電析とは?リチウムイオン電池の電析 
外部温度と容量・内部抵抗の関係
金属の電気抵抗と温度依存性
リチウムイオン電池の高温特性とは?
リチウムイオン電池の低温特性とは?

 

※補足 リチウムイオン電池の温度特性とは?

先にリチウムイオン電池の温度範囲について解説しましたが、温度範囲と似た言葉に温度特性という言葉があります。

 

リチウムイオン電池における温度特性という言葉の温度範囲と同様にあいまいな用語であり、基本的には「動作温度範囲が広いこと」であったり、「最終製品に使用する際の温度(高温や低温)での出力や容量などの要求値を満たしているかどうか」を表す指標として使用されています。

 

高温特性や低温特性といった全般を表す用語としてもいいかえられます。

 

動作温度範囲と合わせて、温度特性という用語も理解しておくといいです。

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の高温特性とは?
リチウムイオン電池の低温特性とは?

 

 

電池における温度範囲とは?【リチウムイオン電池の動作温度範囲】 関連ページ

電池関連の用語まとめ
容量(Ah,mAh容量),組電池の容量,セルバランス,SOC,DODとは?
【電池の容量】mAh,Ah(アンペアアワー)からWh(ワットアワー)に変換する方法【飛行機持ち込み160Wh以下かどうか判定する方法】
放電終止電圧、充電上限電圧とは?
【電池設計の基礎】電池設計シートを作ろう!1 容量の設計
【エネルギー密度の計算】多孔度と真密度から電極の厚みを計算してみよう!
SOH(電池の基礎用語)とは?
電池の容量の計算方法
リチウムイオン電池の組電池とは?組電池の接続方法と容量、電圧
Wh容量、SOC-OCV曲線、充放電曲線とは?【リチウムイオン電池の用語】
電池の評価に使われている1C,2Cとは何のこと?時間率とは?○
電池の充放電効率(クーロン効率)とは?
容量維持率とは?サイクル試験時の容量維持率
サイクル試験とは何?一般的なリチウムイオン電池のサイクル試験条件と結果【リチウムイオン電池などの二次電池の用語】
サイクル試験と温度の関係性は?サイクル試験とSOCの幅の関係性
フロート充電・フロート試験とは何?一般的なフロート試験条件と結果
【電池発火時の対処・消火方法】リチウムイオン電池が発火した際、水はかけるべき?
【電池はなぜ発火する?】リチウムイオン電池が発火のメカニズム(原理)
トリクル充電とは?
CC充電とは?
CCCV充電とは?
パルス充電とは?鉛蓄電池に使用すると寿命が延びる?
【図積分】CC充電、CCCV充電時の充電電気量の計算方法
電池はどうやって捨てる?電池の廃棄方法(捨て方)は?
SOC-OCV曲線から充放電曲線をシミュレーションする方法
リチウムイオン電池の取扱い上の注意点
リチウムイオン電池を長持ちさせる方法【寿命を伸ばす方法】
リチウムイオン電池の充電時に対応していない充電器を使用した時の危険性
外部温度と電池の容量の関係(寒い方が容量小さい?)
【リチウムイオン電池とエネルギー密度】質量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは?
電池の分類 電池の種類と電圧の関係は?
マンガン乾電池の構成と反応、特徴
アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の構造詳細
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の放電曲線
電池の残量を測定する方法(マンガン電池、アルカリ電池からリチウムイオン電池まで)
アルカリマンガン乾電池表面に付着した白い粉の対処方法
ニッケル・水素電池の構成と反応、特徴
リチウムイオン電池の構成と反応、特徴【リチウムイオン電池の動作原理・仕組み】
鉛蓄電池の構成と反応、特徴
ニッケル・カドミウム電池(ニッカド電池)の構成と反応、特徴
ナトリウム硫黄(NAS)電池の構成と反応、特徴
レドックスフロー電池の構成と反応、特徴
二次電池の性能比較 作動電圧、エネルギー密度、寿命、作動温度範囲、安全性の比較
メモリー効果とは?メモリー効果と作動電圧
オームの法則、作動電圧と内部抵抗、出力とは?【リチウムイオン電池の用語】
電池の劣化係数とは?
交流抵抗と直流抵抗の違い(電池における内部抵抗)
通電時間と直流抵抗の関係
電池の端子電圧と正極電位、負極電位の関係
電池の知識 分極と過電圧、充電方法、放電方法
比熱と熱容量 計算・変換方法は?
電池の知識 電池通電時の自己発熱
電池の知識 電池の常温時と低温時の内部抵抗の変化
リチウムイオン電池の安全性
過充電とは?過充電すると何が起こる?
【スマホの過充電?】過充電という言葉の誤った使い方
アノード、カソードとは何?酸化体と酸化剤、還元体と還元剤の違いは?
電析とは何?電析と安全性
電析が起こる原因と条件 起こさないための対応策は?
電気二重層キャパシタとは?電池との違いは?
キャパシタとコンデンサ-は厳密には異なる!?EDLCの原理
【充電式電池】新しい電池と古い電池を同時に使用するとどうなる!?
コイン電池の種類と頭文字の記号
電池と燃料電池の違いは?固体高分子形燃料電池の構造と反応
電池の回路図の記号は?長い方が+? 2個にした時はどう記載する?
単位N(ニュートン)とkgf(キログラムフォース)の違いと変換方法 NやJをkg,m,sで表そう
電池の短絡とは?短絡が起こる場合と対策
コイン電池とボタン電池の違いは?誤飲してしまったらどうなる?
乾電池に記載のAAやDなどの記号は何?乾電池の大きさとパワーの違い
バイポーラ電池(バイポーラ電極使用電池)とは?メリットとデメリット
瞬低とは?瞬時電圧低下とは?
ヒューズとは?単電池や組電池におけるヒューズの役割
シャント抵抗とは?
自己放電(電池の用語)とは?
OCV(開回路電圧、開放電圧)とは?OCP(開回路電位、開放電位)とは?
コイン電池、ボタン電池の構造詳細、残量の測定方法
公称電圧とは?作動電圧との関係性
平均作動電圧とは?作動電圧との関係性
リチウムイオン電池とリチウム金属電池は違うもの?
リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池は違うもの?【リポバッテリー】
リチウムイオン電池の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損(IRドロップ)とは?
電池の対向容量比とは?利用容量とは?電池設計の基礎
CC充電とCCCV充電 定電流充電と定電流定電圧充電は同じもの??
バッテリー記載のCCAとは?【バイク用バッテリー】
【大きいほど低抵抗?】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係
【内部抵抗の計算】リチウムイオン電池の内部抵抗と反応面積から予想してみよう!
【リチウムイオン電池の接触抵抗低減】Al箔やCu箔の接触抵抗を下げる方法
リチウムイオン電池のドライアップとは?
電動ドライバー用バッテリーの特徴【リチウムイオン電池と二カド電池の違い】
リチウムイオン電池とアルカリ電池の違いは?
冬にスマホは電池の減りが早くなるのか?リチウムイオンバッテリーが寒さに弱い理由は?【スマホ用バッテリー】
リチウムイオン電池の特徴まとめ
リチウムイオン電池に穴が開いたらどうなるのか?対処方法は?
リチウムイオン電池に含まれる危険物のまとめ
リチウムイオン電池から匂いがした場合の対処方法は?【甘い匂い】
リチウムイオン電池を並列接続すると容量が上がる?電圧は変化する?【並列接続時の問題】
リチウムイオン電池を直列接続すると容量は上がる?電圧は変化する?【直列接続時の問題】
リチウムイオン電池の検査工程、充放電検査装置
リチウムイオン電池の評価項目・評価試験【求められる特性は?】
リチウムイオン電池の長期保存(保管)方法は?満充電状態が良いのか?放電状態が良いのか?
【鉛蓄電池の代替鉛蓄電池】リチウムイオン電池と鉛蓄電池の違い
リチウムイオン電池のUPSとは?
リチウムイオン電池の有害性は?
リチウムイオン電池のリフレッシュ方法は存在するのか?【リチウムイオン電池の復活】
リチウムイオン電池のセルとは?6セルなどの表記されているセル数とは何を表している?
リチウム含有量の計算方法【リチウムイオン電池やリチウム金属電池に使用?】
リチウムイオン電池におけるサーミスターとは?サーミスタ-の役割は?
リチウムイオン電池が膨らむ原因と対処方法は?
電動アシスト自転車(電動自転車)用のバッテリーを長持ちさせる方法は?リフレッシュ方法はあるのか?
電池の逆接続とは?逆接続と危険性
【リポバッテリーの発火事故】リポバッテリー(リチウムポリマー電池)の発火事故のメカニズム(原理)は?
リポバッテリーとリフェバッテリーの違いは?【リチウムイオン電池との関係性】
リチウムイオン電池の異常時に発生するガスの成分は?吸うと危険?
電池におけるガスケットとは?【リチウムイオン電池のガスケット】
電池におけるハイレート特性とは?【リチウムイオン電池のハイレート】
電池における低温特性とは?【リチウムイオン電池の低温特性】
18650リチウムイオン電池とは?
電池における高温特性とは?【リチウムイオン電池の高温特性】
リチウムイオン電池とその種類【コバルト系?マンガン系?オリビン系?】
【電池はなぜ劣化する?】リチウムイオン電池の劣化のメカニズム(原理)
リチウムイオン電池におけるIV試験・IV特性とは?
燃料電池(PEFC)の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損とは?
燃料電池(PEFC)におけるIV試験・IV特性とは?
リチウムイオン電池におけるインターカレーションとは?
電池切れとはどのような状態のことか?
リチウムイオン電池を落下させたら危険なのか?
リチウムイオン電池は使い始めの慣らしは必要なのか?【活性化工程】
電池における放電特性とは?【リチウムイオン電池の放電】
電池におけるモジュールとは?【リチウムイオン電池のモジュール】
電池における充電特性とは?【リチウムイオン電池の充電】
電池切れの乾電池を温めると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ?】
リチウムイオン電池を冷凍させると復活するという噂は本当なのか?【裏ワザ】
リチウムイオン電池関連の用語のLIBとは何のこと?
リチウムイオン電池とノーベル賞の関係
全固体電池で急速充電が可能な理由
スマホバッテリーを充電するタイミングはいつからがいいののか【充電時の残量】
リチウムイオン電池における導電パスの意味
乾電池の並べ方
電池切れの乾電池を振ると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ?】
電池が熱いときの対処方法【急に熱くなる理由】
電池における転極とは【リチウムイオン電池の転極】
リチウムイオン電池に含まれるレアメタルとは?
電池から漏れている液が目に入ると失明することがあるのか?
リチウムイオン電池とリチウムイオン二次電池は違うものなのか
電池の保管時にラップやビニールやテープで巻いた方がいいのか?【電池の保管・保存の方法と容器の選定】
猛暑での車内の温度は?リチウムイオン電池を車内に放置してしまっても大丈夫なのか【モバイルバッテリーやタブレットの社内放置】
ヒートシンクとは?リチウムイオン電池とヒートシンク
リチウムイオン電池を急速充電すると劣化が速くなるのか?【急速充電のメリット・デメリット】
電池が腐ることはあるのか?電池についている白い粉は危険なのか?
リチウムイオン電池は充電回数が増えると劣化しやすいのか【iphoneなどのスマホ】
電池につないだ豆電球は直列つなぎと並列つなぎではどっちが明るくなるのか
リチウムイオン電池を燃やすとどうなるのか【リチウムイオン電池の燃焼・類焼】
リチウムイオン電池の問題点・課題は?
リチウムイオン電池のimr,icr,inrとは?各々の違いは?
電子タバコの爆発の原因はリチウムイオン電池にあるのか?
潜水艦のおうりゅうにリチウムイオン電池が採用 鉛蓄電池から変わったメリット・デメリットは?
乾電池を消耗させず長持ちさせる方法【電池の寿命を伸ばす方法】
乾電池やボタン電池などの電池を収納する方法と収納アイデア ダイソーの乾電池ストッカーはかなり便利
ガソリン、電池、水素のエネルギー密度を比較するとどれが最も大きいのか

HOME プロフィール お問い合わせ