リチウムイオン二次（充電式）電池: それは何であり、どのように機能しますか？
リチウムイオン二次電池とは何ですか？
いわゆる 二次電池 （充電池）とは、放電が終了した後に再充電して再利用できる電池を指します。一方で、放電が終了すると寿命が終わる電池は一次電池と呼ばれます。現在、数多くの小型の携帯電子製品やウェアラブルデバイスが動作するためにバッテリー電力を必要としています。従来の一次電池に加え、何度も充電と放電が可能な二次電池は、より経済的で便利な選択肢となるでしょう。
現在市場に出回っている小型の二次電池は、主に4つのカテゴリに分けられます。それは、Ni-Cd電池（Ni-Cd）、Ni-MH電池（Ni-MH）、リチウムイオン電池（Li-ion）、およびリチウムポリマー電池（Li-polymer、リチウムポリマー電池とも呼ばれる）です。小型のリチウムイオン二次電池を選択する際には、容量、充放電効率、寿命、安全性、サイズなどの要素を考慮する必要があります。最適な製品はアプリケーションや製品要件に基づいて選択できます。
充電式電池はどのように動作しますか？
リチウムイオンは二次電池に最も一般的に使用される材料の一つです。リチウムイオン二次電池は、正極および負極の活物質間でリチウムイオンの吸収および放出によって充放電が行われます。リチウムイオン二次電池は主に正極、負極、電解質、セパレーターで構成されています。電解質はリチウム塩と有機溶媒で構成されています。一般的に使用される正極活物質には、リチウムコバルト酸化物、リン酸鉄リチウム、リチウムマンガンなどがあります。一般的に使用される負極活物質には、黒鉛、アモルファス炭素、チタン酸リチウムなどがあります。
リチウムイオン電池の高いエネルギー密度
バッテリー容量（mAh）は、正極活物質によって放出されるリチウムイオンの数と、負極活物質によって受け取られる放出リチウムイオンの数に依存します。したがって、リチウムイオン二次電池の高容量の鍵は、単位体積あたりに挿入できる正極および負極活性物質の数にあります。
バッテリーのエネルギー密度とは、バッテリーの単位体積または質量あたりに放出される電気エネルギーの量を指します。一般的に、同じ体積条件下では、リチウムイオン電池のエネルギー密度はニカド電池の2.5倍、ニッケル水素電池の1.8倍です。そのため、同じバッテリー容量の条件下では、リチウムイオン電池はニカド電池およびニッケル水素電池よりも体積が小さく、重量が軽くなります。
バッテリーの充放電電流をアンペア（またはミリアンペア）で表現する以外に、英文字C（容量）が定格容量（電流×時間）の電流部分としても使用され、電流を測定する単位として用いられます。たとえば、バッテリーの定格容量が3mAhの場合、3mA（1C）での放電時間は1時間続くことを意味し、30mA（10C）での放電時間は6分続きます。また、充電時間も同様に計算できます（理論的値）。
リチウムイオン充電式バッテリーの充電機能
村田製作所が提供する小型リチウムイオン二次電池 – CT04120は、正極活物質にリチウムコバルト酸化物、負極活物質にリチウムチタン酸化物を使用しており、広い入力/出力範囲で充放電が可能です。さらに、漏れ電流が非常に低いという特徴があります。これらの機能特性により、小型で効率的なバッテリー充放電システムを構築することができます。
CT04120は、定格電圧2.3V、充電電圧2.7V、放電終止電圧1.8V、公称容量3mAh、最大放電電流30mA（10C）、動作温度範囲-20℃～70℃、サイズはφ4mm×12mmをサポートしています。
MurataのCT04120は、数マイクロアンペアの低電流でも充電可能であるため、省電力発電機と組み合わせて使用することもできます。また、非常に低いリーク電流の特性（25℃で約200nA）により、エネルギー損失を最小限に抑え、長期間使用することが可能です。CT04120は、2.3Vで安定した放電特性を持つため、省電力ICの動作に最も適しています。
さらに、キャパシタと比較して、CT04120をバッテリ電圧まで充電する時間が非常に短いため、待機時間を短縮でき、従来のリチウムイオンバッテリの10倍の電流レートを持っています。CT04120は、充電ICなしに定電圧（CV）で充電できます。
CT04120には、高速充電機能があり、充電ICなしで高速度（10C）で充電可能で、最大放電率10Cで放電できます。内部抵抗が低く電圧降下が少ないため、CT04120は大きなピークロードや低温環境でも安定して放電でき、優れた放電性能を発揮します。さらに、CT04120は長寿命であり、5000サイクルで80%以上の充電（容量）回復率を維持し、化学的に安定したリチウムチタン酸を使用し、熱暴走を防ぐための安全設計を採用することで、高い安全性を備えています。
IGBTはコスト効率の高い選択肢として、長年にわたりEVパワートレインの定番の選択肢となっています。しかし、SiC MOSFETは効率と熱性能の優位性により次世代EVの中でますます魅力的なオプションとなっています。
onsemiは、IGBT製品ポートフォリオの改善と拡大を続けており、新しいIGBT技術（FS4およびFS7のNarrow Mesa Field Stopなど）を導入しています。これにより軽負荷時の電力損失が低減し、自動車用途でシステム効率が全体的に向上します。
onsemiのIGBT 6パックパワーモジュール＝NVH660S75L4SPFBは、6つのFS4 750V Narrow Mesa IGBTを6パック構成で統合しています。このモジュールは、高電流密度を提供しながら、堅牢な短絡保護と高いブロッキング電圧を備えています。低漏れインダクタンスのSSDC33パッケージを採用しており、直接冷却と平面ヒートシンクを使用しています。
また、別のIGBTハーフブリッジパワーモジュールであるNVG600A75L4DSC2は、FS4 750V IGBTを2つ統合したハーフブリッジ構成となっています。このモジュールには、チップレベルの温度および電流センサーを統合しており、両面冷却パッケージAHPM15により熱性能が向上しています。
さらに、onsemiはEV/HEV用トラクションインバータ用途（最大150 kW）向けに、VE-Trac IGBTパワーモジュールファミリに基づく2つの評価用ハードウェアキット（リファレンスデザイン）を提供しています。これらの評価キット（EVK）は、インバータ開発の初期段階でVE-Trac Directパワーモジュールの性能を評価するために使用できます。6パックおよびハーフブリッジパワーモジュールに基づく2つのEVKバリアントがあります。これらのキットは、主要なスイッチングパラメータを測定するためのダブルパルステスターとして、またはモーター制御用の三相インバータとして使用できます。
リチウムイオン二次電池の用途と利点
小型のリチウムイオン二次電池CT04120は幅広い用途を持ち、独自の利点があります。CT04120は低消費電力デバイスに適用可能です。高速充電（10C）や定電圧での充電が可能です。長いサイクル寿命、多用途性、高い安全性、小型軽量を特徴としています。主にスタイラスペンや各種ウェアラブルデバイスなどに使用されています。
CT04120は、待機電源にも適用することができます。バッテリ駆動時、主バッテリを交換する際やバッテリリンクを切断する際に、システム電源のバックアップを行うことができます。高出力放電、長寿命、充電用IC不要などの特徴を持ちます。POSやハンディ端末、POS（決済端末）およびその他のバッテリ駆動機器などで一般的に使用されています。
CT04120をエネルギーハーベスティングコンピューティングシステムに適用すると、広範囲の速度（μA）で充電および放電が可能です。微小漏れ電流、長時間の動作、過放電耐性、広い使用温度範囲などの利点により、太陽電池充電器や各種エネルギーハーベスティングコンポーネントと組み合わせたワイヤレスセンサーノードに使用されることがよくあります。さらに、CT04120のエネルギーハーベスティング向けの特性と利点として、過放電に耐えること、および保護・充電用ICが不要であることが挙げられます。
小型充電式リチウムイオン電池 – 適切な選択肢
二次電池は充放電を繰り返す特性を備えており、さまざまなポータブルデバイスやウェアラブルデバイスに適しており、その用途はますます広がっています。Murataの小型リチウムイオン二次電池は、優れた充放電速度と安定した放電特性を持ち、安定した製品性能、長寿命、および高い安全性を備えており、多くの関連アプリケーションに最適な選択肢です。
記事タグ
