電池技術

一般的な電池化学

比較一覧

選択ガイド

スマートフォン/ノートPC/ウェアラブル → Li-Po (薄型、異形対応、軽量)
電気自動車 (EV) → LFP (安価で安全) または NMC (長距離走行)
蓄電システム/太陽光 → LFP (長寿命、安全)
航空模型/RC → Li-Po (高出力放電)
UPS/自動車始動 → 鉛酸 (安価、丈夫)
リモコン/玩具 → NiMH またはアルカリ乾電池

Li-Ion / Li-Po 詳細

電圧と残量の関係

典型的な Li-Ion (NMC/LCO):

4.2V = 100%
4.0V ≈ 80%
3.8V ≈ 50%
3.7V = 公称電圧 (約 37%)
3.6V ≈ 20%
3.5V ≈ 10%
3.0V = 0%  (放電終了電圧、これ以下だと損傷する)

非線形である! 4.2→3.8V は急速に低下し、3.8→3.5V は比較的平坦
3.5〜4.2V の範囲で線形に電量を推定することはできない

寿命に影響する要因

サイクル寿命を縮める要因 (優先度順):

1. 高温 (>40°C) — 最大の敵
   - 高温下で満充電状態での保存: 1年で容量が35%減少
   - 常温下で満充電状態での保存: 1年で容量が20%減少
   - 常温下で40%の電荷状態での保存: 1年で容量が4%減少

2. 満充電/過放電状態での保存
   - 長期未使用時: 40〜60%に充電し、涼しい場所に保管
   - 100% または <10% の状態を長期維持しないこと

3. 深度放電
   - 毎回 100%→0%→100% のサイクル: 300 回
   - 毎回 80%→30%→80% のサイクル: 1000+ 回可能

4. 大電流
   - 1C 充電: 標準
   - 2C 充電: 老化を加速
   - 急速充電は電池に負担がかかるが、日常の利便性 > 電池寿命 (多くの人は気にしない)

寿命を延ばす方法:
  80% で充電を停止する (一部のスマートフォン/ノートPCにこの機能あり)
  自動シャットダウンまで使い切らない
  大型ゲームをしながら充電しない (熱と電圧の二重ストレス)

保護基板 (PCM/BMS)

単セル用保護基板 (各 Li-Ion バッテリーパックに搭載):
  過充電保護: >4.25V ± 0.05V → 充電を遮断
  過放電保護: <2.5〜3.0V → 放電を遮断
  過電流/短絡: 設計による
  温度保護 (NTC) を搭載している場合もある

警告: 絶対に保護基板をバイパスして直接充電しないでください!
     保護のないリチウム電池 = 潜在的な爆発物

LiFePO₄ (リン酸鉄リチウム)

LFP が爆発的に普及している理由

利点:
  ✓ 極めて安全 (ほとんど発火しない) → 蓄電/家庭用首选
  ✓ 超長寿命 (2000〜5000 サイクル vs Li-Ion の 300〜500)
  ✓ コストが低い (コバルト不使用、コバルトは高価)
  ✓ コバルトなし = より倫理的 (コバルト鉱山には深刻な人権問題がある)

欠点:
  ✗ エネルギー密度が低い (三元系リチウムより 20〜30% 低い)
  ✗ 電圧が低い (3.2V、直列接続数が増える)
  ✗ 低温性能が悪い (0°C 以下で容量が急激に低下)
  ✗ 電圧が平坦 (電圧から SOC を推定しにくい)

用途: BYD ブレードバッテリー、Tesla 標準レンジ版、蓄電ステーション、キャンピングカー用バッテリー

充電特性

満充電: 3.65V (4.2V ではない!)
公称: 3.2V
放電終了: 2.5V

CC/CV 充電、CV 段階の電圧 = 3.60〜3.65V
満充電後、静置すると電圧は約 3.35V に低下

通常のリチウム電池充電器で LFP を充電すると = 過充電 = 危険!
(LFP には専用充電器または調整可能な充電器が必要)

電池の直列・並列接続

直列接続 (電圧上昇)

18650 セル2本を直列接続:
  [3.7V 3000mAh] →+ [3.7V 3000mAh] →+  = 7.4V 3000mAh

容量は変わらず、電圧が加算される
均等充電 (BMS) が必要
2本の電池は以下を満たす必要がある:
  - 同一モデル・同一ロット (容量マッチング)
  - 同一電圧 (組立前に同じ電圧まで充電)
  - 同一内部抵抗 (劣化度の一致)

並列接続 (容量増加)

18650 セル2本を並列接続:
  [3.7V 3000mAh] ─┬─ = 3.7V 6000mAh
  [3.7V 3000mAh] ─┘

電圧は変わらず、容量が加算される
均等充電は不要 (自己平衡)
ただし接続前に電圧を一致させる必要がある! (電圧差 >0.1V → 大電流)

安全警告

❌ 異なるブランド/新旧/モデルの電池の混用
   (過充電・過放電を引き起こし、最悪の場合発火する)

❌ 通常の18650 のハンダ付け (高温で電池を損傷)
   ✅ スポットウェルダー (点焊机) でニッケルシートを溶接

❌ 保護基板なしでの運用
   ✅ 各直列パックには BMS が必須

❌ 機械的圧迫/刺穿
   ✅ ハードケースまたはブラケットで固定

火災時の対応:
  リチウム電池の火災 → D 類消火器 または 大量の水で冷却
  (電池は自身の酸化剤を持つため、CO2 消火器は効果なし!)

一般的な電池仕様

円筒形電池

14500: 14mm × 50mm  (AA サイズ、Li-Ion 3.7V)
18650: 18mm × 65mm  (最も一般的、ノートPC/モバイルバッテリー/Tesla)
21700: 21mm × 70mm  (大容量、Tesla の新標準)
26650: 26mm × 65mm  (大電流対応)

18650 の容量: 典型値 2000〜3500mAh
  保護基板付き vs 無保護 (フラットトップ)
  高出力型 (高放電) vs 大容量型

ソフトパック電池

Li-Po の一般的な形態: 角型ソフトパック
  薄型 (1〜10mm)、任意の形状
  エネルギー密度が最高
  膨張 = 交換時期 (ガス発生、危険)

一般的な容量表示: mAh (スマートフォン) または Wh (ノートPC)
  Wh = V × Ah
  例: 60Wh ノートPCバッテリー ≈ 60/11.1 = 5400mAh (3S)

型番の意味

18650-30Q: Samsung 3000mAh 15A
18650-VTC6: Sony/Murata 3000mAh 30A (高出力)
18650-GA: Sanyo/Panasonic 3500mAh 10A (大容量型)
21700-50E: Samsung 5000mAh 10A

ブランド推奨: Samsung, Sony/Murata, Panasonic/Sanyo, LG
        中国製: EVE, BAK, Lishen (品質向上中)
        絶対に避けるべき: Ultrafire および各種 "fire" 入り無名ブランド (容量表示が10倍以上虚偽)

キーワード: Li-Ion, Li-Po, LiFePO4, LFP, CC/CV, BMS, 18650, 21700, バランシング, スポット溶接