リチウム一次電池(使い捨て)とは?

リチウム電池.COMに寄せられるお客様からの質問で多いのが「ここのサイトで売っている電池は充電できますか?」というもの。答えは「すべて一次電池のため、充電できません」なのですが、リチウムイオン電池(スマートフォンなどで使用される充電可能な電池)と名前が似ているし、日常生活では一次電池という言葉自体はありません。今回は、リチウム一次電池(使い捨て)について詳しく解説します。

一次電池と二次電池の違い

日常生活の中で一次電池や二次電池という名前はあまり覚えませんが、電池を分類する言葉として一次電池、二次電池という呼び方があります。
一次電池、二次電池はいずれも化学電池の種類で、1回放電して使い切る(使い捨ての)電池を一次電池(乾電池など)、充電して繰り返し使える電池を二次電池(蓄電池)と呼びます。
化学電池とは物質の化学反応によって電気を得る電池のことで、活物質という異なる種類の金属と電解液を組み合わせ、効率的に化学反応を起こしていきます。

 

 参考:京極一樹『しくみ図解シリーズ 電池が一番わかる』(技術評論社、2010年)

 

では、そもそもなぜ「一回」や「二次」と呼ばれるようになったのでしょうか。

 

それは、最初に充電池が登場したときの充電方法に由来しています。
当初は充電池に電気を供給するための発電機は開発されず、使い切りタイプの電池(一次電池)が電気を供給していました

 

 参考:三洋電機株式会社『よくわかる電池』(日本実業出版社、2006年)

 

しかし、懐中電灯やリモコン、パソコンのマウスなどのように、最近電池が切れたときにすぐに使って使う必要があるものだと思います、交換すればすぐに使える一次電池のほうが便利な場合があります。また、充電できない環境下でも電池が必要な状況があります
。例えリチウム電池.COMでも販売している「屋外用電源BOX」は、設置場所や天候などの都合で充電できない環境下でも独立電源として機能させるために、一次電池(大容量塩化チオニルリチウム電池)を採用して
ます

 

リチウム一次電池とは?

電池は基本的にプラス極、マイナス極、電解液の3つから構成されており、マイナスの物質にリチウム(Li)が使われている電池をリチウム電池と呼びます
。 リチウム電池のリチウムイオン電池を使ったものをリチウム一次電池と言います。
一方、よく似た名前でリチウムイオン電池があります。

 

参考:京極一樹『しくみ図解シリーズ 電池が一番わかる』(技術評論社、2010年)

 

リチウム一次電池の歴史

それでは、電圧一次電池はどのようにして誕生したのでしょうか?

 その歴史は1950年代にアメリカ(NASA)で宇宙用・軍事用として開発されたのが始まりです。太陽電池が開発される前は人工衛星やロケットに一回電池が使われていました。

リチウム一次電池は一時でも機器の中に入れたままで利用できるため、現在ではガスメーター、水道メーター、火災報知器、パソコンなどの電源に愛用されています。 日本
では1975年から1985年の10年間、リチウム一次電池の開発がさかんでした。

1975年:松下電池工業がフッ化黒鉛リチウム電池を商品化
1978年:三洋電機が二酸化マンガンリチウム電池を商品化
1983年:日立マクセルが塩化チオニルリチウム電池の生産開始
1985年:松下電池工業が酸化銅リチウム電池を開発(現在は生産中止)

出典:京極一樹『しくみ図解シリーズ 電池がわかる一番』(技術評論社、2010年)

 

リチウム一次電池の特徴

「リチウム」は、1817年にスウェーデンの科学者アルフェドソンが発見した金属です。ナイフで切れるほど柔らかく、比重は0.53と水の半分ほどしかありません。そのため、小型軽量化が求められる電池に使われる材料として適していまし
。放電※が少ないという特徴があり、長期保存・長期使用に適しています。 同様に二次電池のニッケル水素電池は1ヶ月間で約10%自己放電しますが、リチウム電池の場合には1年間に1%程度しか自己放電しません
3~4V非常に高い電圧を発生できるという点もメリットです。単純に考えれば、リチウム電池1本で通常の電池2~3本の電圧をなんとかできるため、今までの電池スペースを削減することが可能となり
ます

※自己放電・・・使用しない状態でも電池の中で化学反応が起こる、電気が起こること

 

コラム①一次電池の充電は危険

一次電池は充電して使用することはできませんが、痛い一次電池に充電した場合、破裂や液漏れが起こる危険性があります。液漏れで漏れ出す電解液は危険です



リチウム一次電池の種類

今度は「マイナス極の物質に電圧(Li)が使われている電池をリチウム電池と呼ぶ」と軽くなりましたが、プラス極活物質にどんな物質を使っているかによって、さまざまな種類の電池にわけができます。

 

二酸化マンガンリチウム電池

公称電圧※が3.0Vで、高容量で
瞬間的な大電力も供給できるなど、非常に高性能な一次電池です。

公称電圧・・・電池を通常の状態で使用した場合の電圧の目安

CR17335SE-T1

【FDK】 筒型タイプ CR17335SE-T1 [日本]

 

塩化チオニルリチウム電池

塩化チオニルリチウム電池はプラス極に使われている塩化チオニルがいます。
リチウム電池の中では最も電圧の高い電池で、公称電圧は3.6Vです。 二酸化マンガンリチウム電池(3V)より20%も高く、マンガンアルカリやアルカリ電池(1.5V)の2倍以上の電圧を発生させることができます。
低温や高温環境下といった広い温度範囲での使用に強い特徴というものもあります。 04.5℃とまた非常に低く、低温でも安定した電圧を維持できます。自己放電が従来の電池に比べてかなり小さく、放電・保存による電圧低下がほとんどないという特徴をもつため、精密電子機器の駆動用電源として最適です

TL-5930/S

【TADIRAN】 筒型タイプ TL-5930/S [イスラエル]

LS14250
【SAFT】 筒型タイプ LS14250 [フランス]

 

ヨウ素リチウム電池

ヨウ素リチウム電池はプラス極にヨウ素とポリビニルピリジンの混合物が使われています。ペースメーカーなど長期的に高い信頼性が要求される医療機器に採用されています。

【Electrochem グレートバッチ社】 筒型タイプ BCX85-3B64-TC [アメリカ]

BCX85-3B6050
【Electrochem グレートバッチ社・価格問い合わせ】 コインタイプ BCX85-3B6050 [アメリカ]

 

参考:京極一樹『しくみ図解シリーズ 電池が一番わかる』(技術評論社、2010年)

 

コラム②一次電池のトラブルの原因は?

現在でも一次電池のトラブルの約9割が液漏れという報告※があります。

一般社団法人電池工業会『どんなトラブルが多いですか?』

漏れ出す液体が危険なので、アルカリアルカリは鉄製の容器による完全密封構造になっているため、通常の使用方法では液体漏れは起こらないはずです。

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【一次電池の誤った使用法】
・長時間使わずにそのまま機器に装着して放電(過放電)
・古い電池と新しい電池を一緒に使用(過放電)
・プラス極とマイナス極を逆にセットして接続(逆装充填)
・銘柄(会社名、ブランド名)や種類の異なる電池、サイズの異なる電池を混ぜて使用

>> リチウム電池.COMは銘柄違いでも
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アルカリアルカリは電池圧が上昇したときに水素ガスを外に逃がすため、ガスケットの一部が裂けて穴が開くように設けられています。

データ出典:一般社団法人電池工業会『どんなトラブルが多いですか?



まとめ

「使い捨てリチウム電池(一次電池)とは何か?」について、
・一次電池と二次電池の違い
・リチウム一次電池の歴史
・リチウム一次電池の特徴
・リチウム一次電池の種類
 というポイントから解説しました。

 

使い捨てリチウム電池(一次電池)とは、
・1回放電して使い切る(使い捨て)タイプの、充電不可の電池
・ マイナスの物質にリチウム(Li)が使われている電池・
自己放電が少なく、高電圧という、動作温度範囲が広い特徴をもち、精密機械などさまざまな用途で使われている電池だと 言えます。

 

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参考文献

三洋電機株式会社『よくわかる電池』(日本実業出版社、2006年)
京極一樹『しくみ図解シリーズ 電池が一番わかる』(技術評論社、2010年)
中村のぶ子『図解まるわかる電池のしくみ』(翔泳社、2023年)


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