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】

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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。

ただ近年ではスマホ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。

リチウムイオン電池をはじめとした電池では、高温時に使用状況によっては、大きな劣化や性能の低下が起こる可能性があります。高温時に劣化が起こらないことや、性能の低下がおこらないことなどを表す用語として高温特性と言う用語があり、ここではリチウムイオン電池の高温特性について解説していきます。

・高温特性と電池の容量　暖かいほど容量が上がるが高温になりすぎると爆発の危険性がある

・高温特性とリチウムイオン電池の内部抵抗・出力・作動電圧　暖かいほど内部抵抗は下がり、出力・作動電圧は上がる

・高温特性とハイレート充電（急速充電）　高温時急速充電を行ってもリチウム金属の電析は起こらない

・保証温度範囲を超えて温度が上昇すると電池はなぜ爆発する危険性があるのか？高温時のリチウムイオン電池発火のメカニズム（原理）

というテーマで解説していきます。

リチウムイオン電池などの電池における高温特性という言葉は低温特性と同様に自体あいまいな表現であり、低温特性の一つとして、低温時にリチウムイオン電池の容量が低下しないことが挙げられます。

基本的にバッテリーは温度が低いほど（寒いほど）、容量が低下する傾向にあります。つまり、逆に電池の保証作動温度範囲内であれば、暖かいほど容量が大きい傾向にあります。

これはリチウムイオン電池には内部抵抗というものがあり、電池内部での反応が遅いほど大きくなることと関係しています。

通常リチウムイオン電池には正極材にコバルト酸リチウム等の酸化物形材料、負極材に黒鉛材料、電解液に有機溶媒（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）を使用しています。

ここで、例えば電解液は電池反応時にリチウムイオンを伝える役割を持っています。電解液は温度が高いほど粘度が下がり、リチウムイオンを伝える能力（イオンの電気伝導性）が高くなります。そのため、内部抵抗が下がるという流れです。

他の反応である正極材や負極材とリチウムイオンの反応（電荷移動反応）なども、活性化エネルギーが反応に関わっているため（アレニウスの式による）に基本的には温度が上がるほどに内部抵抗が低下します。

内部抵抗が下がると電池を放電できる限界電圧である放電終止電圧にあたりにくくなるために、、結果として電池の保証温度内では温度が上がるほどに容量が上がる傾向にあります。また、外部温度が高いとしても大電流（ハイレート）であればあるほど容量は低下します。

以下に高温時に容量が上昇するメカニズムを表した図を示します。

ただ、一時的には高温の方が電池の容量は大きくなりますが、こちらリチウムイオンバッテリ－を長持ちさせる方法に記載したようにも、高温放置をすると容量の劣化（低下）が起こります。リチウムイオン電池における高温下での容量の劣化は主に元に戻すことができません（リチウムイオン電池のリフレッシュ・復活方法はない）。

よって、高温放置などを高温状態で電池をおいておいた場合でも、容量劣化や内部抵抗の上昇が少ない電池のことを高温特性（高温性能）がいい電池といえます。

高温での劣化を起こさないためにも、車内にスマホバッテリーのようなリチウムイオンバッテリーを高温放置することは避けましょう。温度が上がりすぎると最悪の場合、熱暴走を経て、破裂・発火に至るケースもあります。

高温特性だけでなく低温特性も含め、電池が劣化した状態かどうかを表す指標としてSOH（States Of Health）というものもあります。