リチウム電池

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CR2032 リチウム電池
さまざまな寸法のコイン型リチウム電池

リチウム電池(リチウムでんち)は、負極に金属リチウムを使った化学電池である。

概要[編集]

リチウムイオン電池リチウムイオンポリマー電池は、負極にリチウムイオンを吸蔵する炭素等を使った二次電池であるため、リチウム電池とは区別される。

もっとも普及しているコイン型リチウム(CR系)一次電池は正極に二酸化マンガンリチウム、負極にリチウムを使用している。リチウム二次電池としては正極にマンガン複合酸化物、負極にリチウム・アルミニウム合金を使用するマンガンリチウム二次電池(ML系)が普及している。

ここではリチウム一次電池について記す。

種類[編集]

リチウム電池は、陽極の素材により次のような種類に分類できる。表中の「記号」とは、IEC 60086で定められた規格名称 (CR2032など)の1文字目である。

リチウム電池の種類
記号 電池系 正極 電解液 負極 公称電圧
B フッ化黒鉛リチウム電池 フッ化黒鉛 非水系有機電解液 リチウム 3.0
C 二酸化マンガンリチウム電池 二酸化マンガン 非水系有機電解液 リチウム 3.0
E 塩化チオニルリチウム電池 塩化チオニル 非水系有機電解液 リチウム 3.6
F 硫化鉄リチウム電池 硫化鉄 非水系有機電解液 リチウム 1.5
G 酸化銅リチウム電池 酸化銅(II) 非水系有機電解液 リチウム 1.5

最も広く使われているものは二酸化マンガンリチウム電池である。公称電圧は3ボルトと、円筒型乾電池マンガン乾電池アルカリ乾電池)のちょうど倍である。硫化鉄リチウム電池は公称電圧が円筒型乾電池と同じであるため、リチウム乾電池として単3形と単4形が製造されている。

CR123A 
CR-V3 

原理[編集]

CR2032の模式図

二酸化マンガンリチウム電池は、正極二酸化マンガン、負極に金属リチウム、電解液には、有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものを用いている。化学反応式は次の通り:

正極 MnIVO2+Li++e-→MnIIIO2(Li+)
負極 Li → Li++e-

負極に使う金属リチウムは、反応性が極めて高いので、アルミニウム等との合金を用いる場合も多い。

金属リチウムは水と反応して水素を発生するため、電解液には有機溶媒が使われる。プロピレンカーボネートやγ-ブチロラクトンジメトキシエタン等が多く用いられる。また、電解質には、無機や有機の含フッ素化合物や過塩素酸のリチウム塩が用いられる。

特徴[編集]

  • 高電圧が得られる
  • マンガン乾電池の約10倍と電力容量が大きい
  • 長寿命
  • 軽い
  • 放電末期まで電圧降下が少ない
  • 低温でも使用可能
  • 大電流放電には向かない

リチウムは金属で最大のイオン化傾向を持つため、これを負極として用いると正極との電位差が得られて高い出力電圧となる。また、リチウムは最も軽い金属であるため、重量当りの電力容量も大きくなる。自己放電が少なく寿命が長い。10年経過しても90%の容量を維持する。有機溶媒によりも融点の低い溶媒を選んで用いるため、-40℃から85℃までの低温/高温環境でも使用可能である。有機溶媒の採用によってイオンの移動度が低下し大電流の放電には向かないが、粘性が高いために液漏れは起こしにくい。このような特性から近年は非常用や軍用の電源に使用されている。

外形と用途[編集]

  • コイン型(ボタン型、半導体メモリバックアップ用途など)
    • コイン型に端子を付けたもの
  • 円筒型(単1型〜単5型と同型であるが電圧は異なることが多い)
    • 円筒型を複数個並べた形状のもの(乾電池用の電池ホルダに収まり、複数個のアルカリ乾電池等と互換性が得られる)
    • 円筒形で負極にピンを付けたもの(電気浮き用)
  • 006P形(3個直列9Vで電圧の互換性がある)

コイン型リチウム電池製品の外形形状は、例えば直径が20mmで高さが3.2mmであることを示す"CR2032"などのように、6桁の型番の規格名で表される。コイン型の電池としては、リチウム電池だけ正極と負極の配置が他の電池とは逆になっており、取り囲む側が正極である。

あまり一時的に大電流を必要としないが長期間無交換が好まれる多用な電源として用いられ、主な用途は、リモコン時計、電子メータといった各種の小型電子機器や、LEDキーホルダーや電気浮きなどの電源にも利用される[1]住宅用火災警報器でも、10年間電池を取り替えることなく安定した電源として使えるリチウム電池が用いられている。

脚注[編集]

[ヘルプ]
  1. ^ LEDを点灯させるには2V前後(赤色・黄色などの場合)の電圧が必要であるため、1個のセルで3Vが得られるリチウム電池は好都合。

関連項目[編集]