これを読んでいるあなたは、信頼性の高いリチウムイオン ポリマー (LiPo) セルを調達する製品設計者か、カスタム電子機器を構築する趣味の人、または投資したセルをダメにしたくないために「3.7V 500mAh LiPo バッテリの保存電圧」を検索している人のいずれかである可能性があります。大手 LiPo バッテリ サプライヤーを支えるチームとして、私たちは毎日この質問を受けます。それには十分な理由があります。これらのバッテリーを間違って保管することは、お客様が犯す最も一般的な (そして最もコストのかかる) 間違いの 1 つです。顧客が一度も使用せずに消耗した 3.7V 500mAh セルを持って当社に来られることがあります。その理由はすべて、フル充電で保管していたか、長い週末に完全に使い切っていたためです。
まず、専門用語を徹底的に理解して、これを現実世界のコンテキストに根付かせましょう。ここでの 3.7V 定格は公称電圧であり、セルの固定動作電圧ではありません。 LiPo バッテリーの充電ウィンドウは、およそ 3.0V (放電「終了電圧」) と 4.2V (完全充電) の間です。このギャップは重要です。セルをどちらかの極端な状態で長期間保存すると、時間の経過とともにセルの容量が消耗する化学反応が引き起こされます。ウェアラブル、Bluetooth トラッカー、小型 IoT センサーに十分な小型の 3.7V 500mAh ユニットの場合、容量の損失は単なる小さな不便ではありません。市場に出る前にデバイスのパフォーマンスが低下したり、プロジェクト途中でプロトタイプに電力を供給できなくなったりする可能性があります。
私は 8 年間、LiPo セルを扱ってきましたが、「バッテリーは充電する場所に保管する」という考えをデフォルトにする人が多すぎるのを見てきましたが、そうではありません。 LiPo のセルの化学的性質は、古い NiMH や鉛蓄電池よりも長時間の高電圧または低電圧に対してはるかに敏感です。 3.7V 500mAh のセルを 4.2V に充電し、数か月間放置すると、高電圧によりアノードの固体電解質界面 (SEI) 層が破壊されます。 SEI 層は保護膜のようなものです。これが壊れると、リチウムイオンが不要な堆積物に閉じ込められ、バッテリーの容量が永久に失われます。逆に、保管のためにセルを 3.0V (またはそれ以下) まで放電すると、カソードから大量のリチウムイオンが放出され、構造的損傷が生じてサイクル寿命が大幅に短くなります。
では、ストレージ電圧のスイートスポットは何でしょうか?数千のセルをテストし、バッテリー化学者と協力して国際電気標準会議 (IEC) およびリチウムセルメーカーのベストプラクティスを検証した結果、公称 3.7V の LiPo バッテリーの推奨保存電圧はセルあたり 3.8V ～ 3.9V です。これはまさに当社のエンジニアリング チームが、当社の中核製品であるリチウム イオン ポリマー バッテリー 3.7V 500mAh を含む、すべての標準 LiPo ラインに対して指定しているものです。当社では、容量損失が 5% 未満で、この電圧を最長 1 年間保管できるようにすべてのユニットを製造しています。これは、最終テストおよびパッケージング中に正確な電圧範囲を維持するように製造ラインを校正することによってのみ達成できます。
500mAh モデルのような小型 LiPo セルでは 3.8V ～ 3.9V が交渉の余地のない理由を詳しく見てみましょう。電動工具やポータブルソーラーバンクで使用されるリチウムポリマー電池 3.7V 6000mAh のような、より大容量の LiPo の場合、容量に関係なく化学反応が変化するため、貯蔵電圧はセルごとにほぼ同じ範囲になります。補聴器やフィットネス トラッカー用のリチウム イオン ポリマー バッテリー 3.7v 100mah のような、はるかに小さなユニットであっても、同じルールに従います。なぜなら、核となるのは同じコバルト酸リチウムの化学反応だからです。唯一の違いは保存期間です。小型のセルは大型のセルよりも自己放電が速いため、6 か月以上放置した場合は、保管電圧まで迅速に補充する必要があります。
「3.8V を保持できる高級な充電器を持っていないので、どうすればよいでしょうか?」と考えている人もいると思います。それは当然の質問であり、それが当社が倉庫からすぐに「デフォルト」の保存電圧を持つように 3.7V 500mAh セルを構築する理由です。すべてのユニットは出荷前に 3.85V に事前充電されるため、新しいバッチを開梱する場合、すぐに触れる必要はありません。充電せずに最長 10 か月間棚に保管できます。これは、在庫を手元に置いておく製品チームにとって大きなメリットです。保管電圧に達するためにセルを補充または放電する必要がある場合、ほとんどの最新の LiPo 充電器 (手頃な価格の趣味用充電器であっても) には、これを自動的に行う「保管モード」設定があります。必ず特定の充電器の製造元の指示に従ってください。電圧に関係なく、バッテリーの充電または放電を放置しないでください。
もう 1 つの一般的な通説: 保管温度は保管電圧と同じくらい重要です。電圧が適切であったとしても、3.7V 500mAh LiPo を暑いガレージ (25°C/77°F 以上) または寒い地下室 (10°C/50°F 以下) に保管すると、容量の損失が早まります。保存寿命をできるだけ長くするために、これらのセルを 3.8V ～ 3.9V の電圧範囲と組み合わせて、約 15°C ～ 20°C (59°F ～ 68°F) の涼しく乾燥した場所に保管することを常にお勧めします。当社が中型デバイス向けに提供している充電式リチウムイオン電池 3.7V 2000mah のような大量のバッチがある場合、製品発売に向けて在庫を保持している場合は、温度管理されたキャビネットに保管できますが、同じ電圧ルールが適用されます。
これを大局的に理解するために、実際の例について話しましょう。昨年、ポータブル犬トラッカーを製造している顧客が、新しいライン用に当社のリチウム イオン ポリマー バッテリー 3.7V 500mAh セルを 5,000 個注文しました。冬の間、半分はフル充電 (4.2V) で倉庫に保管し、残りの半分は推奨する 3.85V で保管しました。 6 か月後にセルをテストしたところ、4.2V で保存したセルでは平均 18% の容量損失が発生しました。これは、トラッカーが 1 回の充電で定格 30 時間ではなく 24 時間しか持たないことを意味します。 3.85V で保存したセルの容量損失は平均 4.7% であり、製品の許容範囲内でした。これは、ストレージ電圧のガイドラインに従うことで、実際のビジネスに大きな違いが生じることです。
すでに 3.7V 500mAh LiPo を持っていて、保管方法が間違っていた場合はどうすればよいでしょうか?パニックにならないでください。数か月しか経っていない場合は、通常は回復できます。まず、低電流 (0.1C、または 500mAh セルの場合は 50mA) で最大 4.2V までゆっくり充電し、次に 3.8V まで放電し、このサイクルを数回繰り返します。これは、SEI レイヤーを再調整し、一部の容量を回復するのに役立ちます。セルが不良電圧で 1 年以上放置されている場合、まったく充電されない可能性があります。しかし、だからこそ、事前に適切な保管場所を用意しておくことが非常に重要です。
カスタム LiPo セルを注文する人にとって、一部のメーカーが生産速度を上げるために最終的な保管電圧を削減していることは注目に値します。組み立て中に充電する必要がなくなり、保存寿命が損なわれることを避けるために、セルをフル充電で出荷する場合があります。そのため、ストレージ電圧の校正を優先するサプライヤーを選択することが重要です。当社の 601944 500mAh リチウム ポリマー バッテリー (スマート ウォッチや小型ウェアラブルに人気のフォーム ファクター) は、梱包前に 3 回の個別の電圧チェックを経て、すべてのユニットが 3.8V ～ 3.9V の範囲に達していることを確認します。 12 か月の保管後に各バッチのランダム サンプルをテストして容量保持率を確認することもできるため、お客様は不良セルが発生することを心配する必要はありません。
また、小さな LiPo セルを使用してプロジェクトを構築している愛好家や学生から寄せられる質問にも答えたいと思います。ドローンやポータブル Bluetooth スピーカーに 3.7V 500mAh のセルを使用している場合は、定期的に充電と放電を行うことになるでしょうが、プロトタイプをテストしていて、セッション間で数週間保管する必要がある場合は、しまう前に必ず 3.8V に充電してください。たとえば、ドローンのバッテリーを完全に充電した状態で一晩中放置しないでください。これを行うことでバッテリー パックを吹き飛ばす愛好家が多すぎますが、ストレージ モードを備えた 20 ドルの LiPo 充電器を使用すれば、このような事態は完全に回避できます。
結局のところ、適切なストレージ電圧を取得する目標は単純です。必要なときのために LiPo バッテリーの容量を保存しておくということです。 3.7V 500mAh セルの場合、3.8V ～ 3.9V の範囲は単なる任意の数値ではありません。これは、SEI 層を健全に保ち、リチウムイオンのトラップを回避し、バッテリーが何年も意図したとおりに動作することを保証するスイートスポットです。単一のプロトタイプセルを注文する場合でも、商用製品の大量バッチを注文する場合でも、このガイドラインに従うことでコストを節約し、廃棄物を削減し、将来の問題を防ぐことができます。
当社のリチウム イオン ポリマー バッテリー 3.7V 500mAh を注文する準備ができている場合、またはストレージ、フォーム ファクター、カスタム LiPo セル ソリューションについてご質問がある場合は、いつでもお手伝いいたします。当社のエンジニアリング チームは、デザイナーやエンジニアと協力してあらゆるプロジェクトに適したバッテリーを見つける長年の経験がありますので、お気軽にお問い合わせください。
参考文献:
- 国際電気標準会議。 （2020年）。 IEC 60086-4: 一次電池および二次電池 - パート 4: リチウム電池。
- リー、J.ら。 （2019年）。 「リチウムイオンポリマー電池の保管: 容量維持に対する電圧と温度の影響」ジャーナル オブ パワー ソース、vol. 421、124-132ページ。
- サムスンSDI。 （2021年）。家庭用電化製品の LiPo バッテリーの使用および保管に関するガイドライン。
- バッテリー大学。 （2022年）。 「リチウム電池の貯蔵電圧について」 Batteryuniversity.com で入手可能です (2024 年 3 月にアクセス)。
