リチウムポリマー電池とリチウムイオン電池の違い。リチウムポリマー電池の特徴は何ですか

23.08.2023

リチウムポリマー電池の特徴と動作ルール

リチウムポリマー電池は、リチウムイオン電池を改良したものです。主な違いは、電解質として機能するポリマー材料の使用です。このポリマーには、リチウム化合物を含む導電性介在物が添加されています。近年ではこのような電池の開発が盛んに行われており、携帯電話、タブレット、ノートパソコン、ラジコンなどに使用されています。リチウム電池は大きな放電電流を供給できませんが、一部の特殊なタイプのポリマー電池はその容量を大幅に超える電流を供給できます。リチウムポリマー電池は市場で急速に普及しているため、取り扱う際にはその設計、操作ルール、安全上の注意事項を理解する必要があります。これについては、今日の資料で説明します。

液体有機電解質をポリマー電解質に置き換えることの利点は、バッテリー動作の安全性が高まることです。これはリチウム電池にとって非常に重要です。商業目的での安全な使用が当初から開発を妨げていました。さらに、高分子電解質を使用することで、電池の形状を自由に選択できるようになります。

Li─Pol 電池の設計は、電解質イオンがポリマーに導入されると、多くのポリマーが半導体状態に遷移するプロセスに基づいています。この場合、導電率は数倍に増加します。研究者たちは主に、金属リチウムおよびリチウムイオンモデルを備えた電池用のポリマー電解質の選択に忙しかった。理論的には、ポリマー電池のエネルギー密度は、リチウムイオン電池に比べて数倍高めることができます。現在、電解質の組成の違いにより、Li─Pol 電池をいくつかのグループに分けることができます。

ゲル状の均一な電解質を使用。これは、ポリマー構造にリチウム塩を導入した結果として得られます。
ドライポリマー電解質を使用。このタイプは、さまざまなリチウム塩を含むポリエチレンオキシドから作られています。
リチウム塩の非水溶液が吸着される微多孔性ポリマーマトリックスの形態の電解質。

ポリマー電解質と液体電解質を比較すると、前者のイオン伝導率が低いことに注目する価値があります。氷点下では大幅に減少します。したがって、1 つの問題は、導電性の高い電解質の組成を選択することでした。そして2番目の重要な課題は、ポリマー電池の動作温度範囲を拡大することでした。現代の技術で使用されているリチウムポリマー電池のモデルは、その特性においてリチウムイオンに劣りません。

ポリマー電池には液体電解質が含まれていないため、動作の安全性が非常に高くなります。さらに、ほぼあらゆる形状や構成で作成できます。

ジャー自体を含む一部のモデルのコンテナは金属化ポリマーでできています。ポリマー電解質の結晶化により、これらのバッテリーのパラメータは低温では大幅に低下します。

金属アノードを備えたポリマー電池の開発も行われています。科学者たちは、高い電流密度と動作温度範囲の大幅な拡大を達成することに成功しました。これらのタイプの電池は、さまざまな携帯用電子機器や家電製品にも使用できます。多くの大手企業がすでにそのような電池を製造しています。

さらに、メーカーが異なれば、電極材料、電解質組成、および組み立て技術自体も異なる場合があります。このため、これらのバッテリーのパラメーターは大きく異なります。ただし、すべてのメーカーは、Li─Pol の動作の安定性がポリマー電解質の均質性に大きく影響されることに同意しています。そしてそれは重合温度と成分の比率によって異なります。

現在、イオン電池と比較してポリマー電池の安全性が高いことを証明する多くの実験が行われています。リチウムポリマー電池の過充電、加速放電、振動、圧縮、短絡、パンクが対象となります。したがって、このタイプのバッテリーは開発の見通しが最も優れています。以下は、Li─Pol 電池の安全な動作に関するテストの結果です。

試験の種類
試験の種類	ゲルポリマー電解質を使用したバッテリー	液体電解質を使用したバッテリー
針で穴を開ける	変化はありませんでした	爆発、発煙、電解液漏れ、250℃までの温度上昇
200℃まで加熱可能	変化はありませんでした	爆発、電解液漏れ
短絡電流	変化はありませんでした	電解液漏れ、温度上昇100℃
リチャージ (600%)	膨満感	爆発、電解液漏れ、温度上昇100℃

厚さ1ミリメートルのリチウムポリマー電池の例があります。このようなモデルにより、モバイルデバイス設計者は非常にコンパクトな機器を作成できます。これにより、電子機器のサイズを縮小する新たな可能性が開かれます。 Li-Pol バッテリーの内部抵抗を減らすために、ゲル電解質が追加されます。携帯電話に使用される電池にはこのタイプの電解液が使用されています。ポリマー電池とイオン電池の機能を組み合わせたものです。

リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池の違いは何ですか。それらは電気的特性に関連しており、その点で類似しています。ただし、ポリマーモデルでは固体電解質が使用されます。ゲル成分は電解液に添加され、バッテリーの内部抵抗を低減し、イオン交換プロセスを刺激します。

エネルギー強度の点では、リチウムポリマー電池の比エネルギー強度は 4 ～ 5 倍、3 ～ 4 倍です。これらのタイプは両方ともに属します。モバイル電子機器ではリチウム電池がアルカリ電池に大きく取って代わられているため、それらとの比較が行われます。

Li-Pol バッテリーには、500 ～ 600 回の充放電サイクル (放電電流 2C の場合) のリソースがあります。この指標によれば、カドミウム製（1000サイクル）より劣り、金属水素化物にほぼ相当します。生産技術や設計は常に改善されており、将来的には特性が向上する可能性があります。ポリマー電池は 1 ～ 2 年で容量の約 20% が失われることにも注意してください。このパラメータでは、イオン電池に対応します。

なお、業務用ポリマー電池には大きく2つに分類されます。これらは定期放電と高速放電です。後者はしばしば Hi 放電と呼ばれます。これらのグループの違いは、最大許容放電電流です。絶対値または公称容量の倍数で示すことができます。

たとえば、3C。従来のバッテリーの場合、最大放電電流は 3 ～ 5C です。高速放電モデルの最大放電電流は 8─10C です。急速放電バッテリーの重量は、標準モデルの重量より約 20% 増加します。このようなバッテリーのマークには、HC または HD という記号が含まれています。

KKM2500は容量2500mAhの通常モデル、KKM2000HDは容量2000mAhの急速放電バッテリーを表します。急速放電モデルは家電製品や家電製品には使用されていません。携帯電話やタブレットのバッテリーは高い放電電流に耐えることができないため、そのような動作モードに対する保護機能が備わっています。

リチウムポリマー電池の応用分野は、その開発中に課せられた課題から生まれます。これにより、デバイスの動作時間が長くなり、重量が軽減されます。標準の Li─Pol モデルは、低消費電流でさまざまな電子機器で動作します。これらはラップトップ、スマートフォン、電子書籍リーダー、タブレットです。

放電が早いモデルは「パワー」とも呼ばれます。高消費電流が必要なデバイスに使用されます。「動力用」バッテリーの最もよく知られた応用分野はラジコンモデルです。この市場はポリマー電池のメーカーにとって最も魅力的な市場です。非常に高い放電電流 (最大 50 C) を伴うデバイスの動作の分野では、リチウムポリマー電池はアルカリ電池よりも劣ります。おそらく将来的には、リチウムモデルがこの制限を克服するでしょう。価格的にはニッケル水素とほぼ同じです。

リチウムポリマー電池の動作

安全性

一般にリチウム電池、特にポリマー電池は、使用中にかなりデリケートな取り扱いが必要です。 Li─Pol 電池を使用する際に覚えておくべきこと:

過剰なバッテリー充電は有害です (バッテリーセルあたり 4.2 ボルトを超える)。
短絡は許されてはなりません。
バッテリーが摂氏 60 度を超えて加熱されるような電流で放電することは容認できません。
バッテリーは減圧できません。
バッテリーを 3 ボルト未満で放電しないでください。
60 度を超える加熱は受け入れられません。
放電保管は許可されません。

これらのルールに従わないと、最悪の場合火災が発生し、よくても容量が大幅に低下する可能性があります。

この点に関して、リチウムポリマー電池を安全に使用するためにいくつかの推奨事項を提供できます。まず、高品質の充電器を購入し、適切な設定を行う必要があります。また、ショートしないコネクタの使用を推奨します。デバイスの消費電流を必ず監視してください。

温度状況を観察し、ポリマー電池の過熱を防ぐ必要があることにも注意してください。これはすべてのリチウム電池の弱点です。バッテリーが70度まで加熱されると、バッテリー内で自発的な反応が始まり、エネルギーが熱に変換されます。その結果、発火、場合によっては爆発が起こります。バッテリー電圧を制御できる場合は、放電終了時に特に注意深く監視する必要があります。

リチウム電池が故障するもう一つの理由は、減圧です。いかなる状況においても、ポリマー電池缶の内部に空気が侵入してはなりません。初期状態ではケースは密閉されているため、衝撃を与えたり、落としたりしないでください。リード線をはんだ付けする場合は、非常に慎重に行う必要があります。

ポリマーバッテリーを保管する前に、半分まで充電することをお勧めします。バッテリーは直射日光を避け、涼しい場所に保管してください。すべてのバッテリーと同様に、リチウムポリマーバッテリーにも自己放電がありますが、その量は鉛バッテリーやアルカリバッテリーよりも少ないです。

最新の電子機器のほとんどには、リチウムポリマー電池が搭載されています。これらは、飛行用のラジコンモデル、クアッドコプター、ヘリコプター、飛行機に広く使用されています。リチウムポリマー電池には、高いエネルギー密度、低い自己放電、いわゆる「メモリー効果」がないことなど、多くの利点があります。

その結果、Li Pol パワーユニットを搭載したモデルの場合、バッテリーに代わる価値のある代替品は事実上ありません。特に無人航空機や電気自動車などの分野で、ますます活用が進むことが予想されます。

あらゆる利点があるにもかかわらず、LiPol バッテリーは気まぐれで危険で寿命が短い電源という評判があります。実際、これらの欠点は多少誇張されています。正しく使用すれば、問題は最小限に抑えられます。

充電ルール

電源の動作に問題がないようにするには、LiPo バッテリーを適切に充電する必要があります。そうしないと、損傷や自然発火の危険性が高くなります。起こり得る問題を回避するために、リチウムポリマーバッテリーを適切に充電する方法を見てみましょう。

LiPo バッテリーはどの充電器でも充電できないため、特別な充電器が必要です。これは二相充電プロセスの特徴によるものです。

Li Pol バッテリーの充電は 2 段階で行われます (CC-CV 方式)。最初の段階では、すべてのバッテリーバンクの電圧が増加します。フェーズの終わりまでに、電圧は 4.2 ボルトに達します。実際、この時点で Li Pol バッテリーの充電は 95% に達します。その後、第 2 フェーズが始まります。リチウムポリマー電池に有害な過充電を防ぐために、電流が減少します。電圧が 4.25 ボルトを超えると、自然発火の危険性が高まります。
電源を完全に放電させることはお勧めできません。再充電する前に、電源に約 10 ～ 20% 残っている必要があります。そうしないと、すぐに故障します。
各バンクの電圧が 3 ボルトを下回らないようにすることが重要です。このように電圧が低下すると、バッテリーが膨張する危険性が高くなります。この場合、膨張した LiPo バッテリーは容量の 50% 以上を失います。 LiPo バッテリーが膨張した場合は、廃棄するだけで済みます。容量の損失は元に戻せません。

リチウムポリマー電源が膨張するという事実は、その動作における重大な問題の 1 つです。すべてのバンクは均等に充電および放電する必要があります。この場合、リチウムポリマーバッテリーの充電器は総電圧のみを監視しますが、指標のばらつきが大きいため、LiPo バッテリーが膨張している可能性が大幅に高まります。これは個々の缶の過充電にもつながり、自然発火の危険性が高まります。

この問題を解決するには、各バンクの電圧を監視できるバランサー、またはバランサー内蔵充電器を使用して Li Pol バッテリーを充電する必要があります。タイマー充電器の電源を充電しないでください。電流が不十分な場合、充電器は完全に充電されずにオフになります。充電電流は 1C を超えず、0.5C 未満にする必要があります。また、LiPo バッテリーの容量が大きいほど、充電に時間がかかることにも注意する必要があります。

搾取

Li Pol デバイスの耐用年数を延ばす、または少なくとも短くしないためには、バッテリーを適切に使用することも重要です。電源を充電するときは、電源が 60 度以上にならないようにしてください。発熱が発生した場合は、使用する前にバッテリーを冷却する必要があります。また、過熱したドライブを充電しないでください。

完全に放電したバッテリーを保管のために放置しないでください。必ず充電してください。最も最適な指標は 60% です。一般に、これらの簡単なルールに従えば、リチウムポリマー電池を使用しても問題はありません。

今日、電話は単なるコミュニケーション手段ではありません。

スマートフォンを使用して、インターネットにアクセスし、音楽を聴いたり、映画を見たり、ゲームをしたり、写真を撮ったり、ビデオを撮影したりする機会には、デバイスに長期間のバッテリー寿命を提供する高品質のバッテリーが必要です。リチウムポリマー電池は、最も人気のある最新の電池の 1 つと考えられています。その特徴、メリット、デメリットは何ですか?

リチウムポリマー（Li-pol）電池の特徴

リチウムは金属の中で最も軽く、電気化学ポテンシャルが最も高く、高いエネルギー密度をもたらします。動作中、このようなバッテリーはリチウム金属電極を使用します。

ポリマー電池とイオン電池はどちらも、以前のニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池に比べて効率が大幅に向上しています。最新のバッテリーは、容量がはるかに大きく、大容量で、「メモリー効果」がなく、サイズがよりコンパクトです。

コンパクトさの点では、ポリマー電池 (Li-pol) が第 1 位を占めます。これらのバッテリーはポリマー、つまり電解質を含浸させた薄くて柔軟なプレートを使用します。コンパクトなため、バッテリーの厚さはわずか1 mmです。このようなコンパクトなバッテリーにより、設計者はより小型で軽量のスマートフォンを設計できるようになります。

Li-pol バッテリーの主な利点:

柔軟なポリマーにより、バッテリーサイズの小型化が可能になり、結果としてデバイスがコンパクトになります。このパラメータでは、イオン電池よりもポリマー電池の方が好ましい。後者は薄型化の限界に達しているからである。
このバッテリーは最も先進的であると考えられているため、より高いレベルの安全性が提供され、過充電や電解液の漏れのリスクが軽減されます。
ポリマー電池は耐用年数が長く、劣化や自己放電が遅いです。

欠点:

ポリマー電池は、（イオン電池に比べて）製造時の材料費が高くなります。最終的に、これは携帯電話の価格に影響します。
低温に対する感度が高い。
彼らはさらに熱くなります。

リチウムポリマーバッテリーを適切に充電するにはどうすればよいですか?

スマートフォンに搭載されているバッテリーが何であれ、適切な手入れをしないとすぐに消耗し、容量が減少します。携帯電話を過熱や低体温から保護します。高温により火災が発生する可能性があります。低温に関しては、寒冷時には電解質の化学反応が遅くなるため、バッテリーの電流出力が低下します。モバイルデバイスが一種の自己防衛となることが多いのはこのためです。

リチウムポリマーバッテリーの寿命を延ばすには、正しく充電し、指示に従ってください。多くのバッテリーは温度変化に敏感であることに注意してください。

最近のバッテリーには、スマートフォンを過充電や過放電から保護する特別なコントローラーが取り付けられています。これにより、充電ケーブルがネットワークに接続されている場合でも、復元された容量が 100% に達した後はデバイスへの電力供給が続行されなくなります。バッテリーの消耗により電話機の電源が完全にオフになった場合でも、コントローラーが事前にデバイスの電源をオフにするため、バッテリーには常にある程度の電力が残っています。ただし、この後はできるだけ早く電話を充電する必要があります。

理想的には、デバイスが完全に放電しないようにする必要があります。一部の専門家は、ガジェットを 90% を超えて充電せず、10% 未満で放電しないことを推奨しています。これにより、バッテリーの寿命が延びる可能性があります。例外は、6 か月に 1 回の予防校正です。これを行うには、スマートフォンを完全に放電してから、バッテリーを 100% まで充電する必要があります。

新しいスマートフォンを購入するときは、簡単な手順に従うことが重要です。

結果

モバイル機器の世界では、多くの優れた品質とコンパクトなサイズにより、現在、リチウムポリマー電池が最も最新かつ適切であると考えられています。携帯電話のバッテリーに注意する必要があることを忘れないでください。この場合、バッテリーの寿命ははるかに長くなります。

技術の進歩は止まらずに転がる機械です！このマシンの燃料は、現代世界のますます新しい問題です。覚えておいてください。少し前まではニッケルカドミウム (NiCd) バッテリーが使用されていましたが、ニッケル水素 (NiMH) に置き換えられました。しかし現在、リチウムイオン (Li-ion) 電池がリチウムイオン (Li-pol) 電池に取って代わろうとしています。 Li-pol と Li-ion の違いは何ですか? リチウムポリマーはリチウムイオン電池と比べてどのような利点がありますか?それを理解してみましょう。

携帯電話やタブレットを購入するとき、中にはどのようなバッテリーが入っているのか、という疑問を抱く人はほとんどいません。その後、ガジェットをすぐに放電するという問題に直面したときに初めて、デバイスの「内部」をより詳細に調べ始めます。

リチウム電池は、最初の実験が始まった 1912 年に知られるようになりましたが、広く使用されることはありませんでした。そして 60 年後、70 年代になってようやく、これらの充電要素がほぼすべての家庭用機器に搭載されるようになりました。今のところ、充電式バッテリーではなくバッテリーについてのみ話していることを強調しておきます。

リチウムは最も軽い金属であり、最も高いエネルギー密度を提供し、大きな電気化学的可能性を持っています。リチウム金属電極をベースにしたバッテリーは、大容量で高電圧です。 80年代、数多くの研究の結果、リチウム電池の周期的動作（充電/放電プロセス）が充電器の発火につながり、その後、機器自体の発火につながることが判明しました。そのため、1991年、火災の危険性を理由に日本で数千台の携帯電話がリコールされました。リチウムのこのような危険な特性のため、科学者はリチウムイオンをベースにした非金属リチウム電池に全力を注いでいます。そしてしばらくして、と呼ばれる、より安全なバージョンの充電器が作成されました。 リチウムイオン（Li-ion）.

現在、リチウムイオン電池はほぼすべてのモバイル機器に使用されており、種類が豊富で、多くの良い点がありますが、欠点もあります。これについては後で詳しく説明します。

リチウムイオン電池の利点:

高いエネルギー密度とその結果としての大容量

低自己放電

単一素子の高電圧。これにより設計が簡素化されます。多くの場合、バッテリーは 1 つの要素のみで構成されます。現在、多くのメーカーが携帯電話にまさにそのような単一セルのバッテリーを使用しています (Nokia を思い出してください)。

メンテナンスコスト（運用コスト）が低い

容量を回復するために定期的な放電サイクルを必要とするメモリー効果はありません。

欠点:

バッテリーには、充電中に各バッテリーセルの最大電圧を制限し、放電時にセル電圧が低くなりすぎるのを防ぐ内蔵の保護回路が必要です（これによりコストがさらに増加します）。

バッテリーは、使用せずに棚に置いておくだけでも劣化する可能性があります。ほとんどのリチウムイオン電池では、劣化プロセスが一般的です。明らかな理由から、メーカーはこの問題について沈黙しています。バッテリーの使用の有無にかかわらず、わずか 1 年程度で容量の低下が顕著になります。 2～3年経つと使えなくなることが多い

ニカド電池に比べてコストが高い。

リチウムイオン電池常に改良されており、技術は進歩しています。そして、使用に伴う安全性の問題や価格の高さがなければ、このバッテリーは誰にとっても良いものとなるでしょう。これらすべての理由が作成の基礎となりました リチウムポリマー電池 (Li-pol または Li-ポリマー)。最も明白で最も基本的なこと リチウムポールとリチウムイオンの違い使用される電解質の種類です。固体ポリマー電解質の使用により、バッテリーの製造コストが大幅に削減され、安全性が向上するだけでなく、より薄い充電器を作成することもできます。なぜリチウムポリマー電池は前任者に完全に置き換わらないのでしょうか? 専門家が表明した考えられる解釈の一つは、リチウムイオン電池の開発と大量導入に多額の投資をした投資家がその投資を返還しようとしているというものだ。

要約しましょう。一般的に言えば、リチウムポリマー電池はリチウムイオン電池のより高度なバージョンです。自分で判断してください:

Li-pol および Li-ion バッテリーの利点

要約すると、現代のテクノロジーのおかげで、2 種類の信頼できる外部バッテリーがあると言えます。モバイル技術の発展、スマートフォン、タブレット、その他多くのデジタルガジェットの登場、エネルギーを大量に消費するアプリケーションの作成に伴い、ユーザーは「バッテリー切れ」の問題に直面しています。もちろん、リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池は両方とも、外部充電器ですぐに使用できるようになりました。

これは現代の生活に最適なソリューションです。モバイルバッテリーを選ぶときに最も重要なことは、詐欺師に遭遇しないことです（偽物と正規品の見分け方については詳しく書きました）、しかし、店のウェブサイトから偽物を販売することを100％確実に理解する方法について -