リチウムイオン電池の安全性

リチウムイオン電池の安全性(基礎)

 

こちらのリチウムイオン電池の安全性全般に関する概要を解説します。

 

 

リチウムイオン電池の安全性(基礎)

現在発生しているリチウムイオン電池のトラブルと事故

 
スマホやノートパソコンに搭載の電池として採用されているリチウムイオン電池ですが、
最近では発火事故や発火に至らないまでも電池が膨れたり、高温になる事故が発生しています。
 
 

トラブル発生の原因と仕組み

 
上記のような発火や発火に至らないまでも電池が膨れたり、高温になるような異常事態になる
主な原因と仕組みは以下の通りです。
 
1:電池製造時、異物が電池内部に混入、品質チェックではじけず、出荷してしまうことで、トラブルが発生する 
 場合があります。
 この電池を使用している内に電池構成部材のセパレータを貫通、正極と負極が触れ、内部短絡し、
 異常事態へ繋がる場合があります。

 

2:リチウムイオン電池をシステムで制御している場合等、システムに不具合が発生した場合に、トラブルが発
 生する場合があります。
 この場合、電池の電圧を管理できず、過充電状態や過放電状態になったり、負極で電析が起こる等の異常
 事態につながる可能性があります。
 
3:もともとの電池設計が悪かった。(例えば、電池を最終製品に使用するメーカー様に出荷する際
 要求を満たしていないのに満たしていると判断を間違えた等)
 
 

安全性を高めるための対策

 
1:電池設計レベルから安全性を高める。
 
 使用する材料や電池の構成により、安全性は変化します。
 
 一般的に正極ではオリビン構造と呼ばれる結晶構造を有する活物質(代表的なものにリン酸鉄リチウムが、負極ではチタン酸リチウムという 活物質を使用した電池が安全性が高い傾向にあります。
 
 また、耐熱性の高いセパレータや分解反応が起こりにくい電解液を使用すること等でも安全性は向上しま 
 す。
 
 電池の構成では、通電時電池内部の電流分布がより均一であること(局所発熱しないような構造)、
 放熱性が高い構造としていることにより、安全性を高めています。
 
 
2:システムやPTC素子により電池の安全性を高める。
 

 システム(制御基板)により電池の電圧や温度といった作動範囲を高精度で管理することで、
 安全性を高めています。
 
 また、PTC素子(positive temperature coefficient of resistance)と呼ばれる、内部に正の温度係数となる 抵抗を有しており、温度が上昇する(異常発熱)と抵抗が上昇し、通電電流を低下・遮断する素子を電池に組み込むことで安全性を高めています。
 
 
上記のように、各工夫によりリチウムイオン電池の高エネルギー密度化と安全性を両立させるための
努力により、現在リチウムイオン電池が商品化、普及しています。
 
 

 

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