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二次電池の特徴や種類、一次電池との違いを解説！

2024.08.08更新

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この記事を書いた人

長谷川

FREE AID編集部機電系専門ライター Div.
アナログ回路設計・営業を経験した後ライター＆ディレクターとして独立。
電気電子・ITジャンルを得意とし、正確で分かりやすい情報の発信を行っています。

リチウムイオン電池を始め、電子機器の電源として欠かせない存在となった二次電池。普段当たり前に使っているものの、どんな種類があるかや特徴の違いを知らない方は多いのではないでしょうか。そこで本記事では、二次電池の種類や特徴などをお伝えします。

この記事の目次

二次電池とは

二次電池とは、充電と放電を繰り返すことで、何度でも電池として使用できる電池のことを指します。マンガン電池やアルカリ電池など、1度使ったら終わりになる使い切りタイプの一次電池と分類するため、二次電池という名称がつけられました。

二次電池の実用化の歴史は1900年ころにさかのぼります。当初はサイズの大きさや安全性、充電できるエネルギー量の低さなどの課題がありました。しかし、新しい二次電池の開発や性能の改善が進み、今では小型で高性能な二次電池が生まれたため、スマホやPC、自動車を始め、あらゆる電子機器の電源として使われています。

一次電池との違い

それでは、二次電池と一次電池ではどのような違いがあるのかを解説しましょう。電気を生み出す化学反応が、一次電池では不可逆反応なのに対し、二次電池は可逆反応であるのが違いです。

例えばマンガン電池を充電すると、電解液である塩化水溶液が亜鉛板で電気分解され、水素や塩素が発生するため、元の状態には戻りません。一方、二次電池の場合は放電・充電で真逆の化学反応が生じるので、充電によって元に戻り、もう一度放電できるようになるのです。

さらに、リチウムイオン電池などでは、電解液のイオンを吸着させて電力をため込む方法が採用されています。化学反応を起こさず充電できるので、充放電による劣化が生じにくく、1000回以上繰り返して使えるようになっています。

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二次電池の種類と特徴

それでは、主な二次電池の種類とそれぞれの特徴を紹介します。

鉛蓄電池

鉛蓄電池は、最も古くに開発された二次電池の一つです。実用化されたのは1900年ころですが、安価で安定した性能を持つことから、今でも世界中で利用されています。亜鉛電極を希硫酸の電解液に浸した構造となっており、電極の亜鉛が溶けて硫酸鉛になったり、元に戻ったりすることで硫酸イオンを交換し、充放電を行うのが基本的な仕組みです。

出力電圧が比較的高く大電流を流せること、リサイクルが容易などのメリットから、自動車のバッテリーをはじめ、産業用機器のバックアップ電源などで使われています。

一方で、大型で重量が重いというデメリットがあるため、サイズや重さを気にする用途では使えません。また、鉛や硫酸など、人体に有害な物質を含んでいるため、液漏れしないような工夫が必要であり、廃棄時にも適切な処理が求められます。

ニッケル・カドミウム電池

正極にニッケル、負極にカドミウムを使った二次電池です。日本では1960年ころに量産開始され、小型・軽量で、過充電・過放電を行なっても問題が生じないなど、使いやすさに優れることから小型機器の電池として多用されてきました。

しかし、メモリ効果が大きく寿命が短いことや、カドミウムが人体に有害という欠点もあり、今ではほとんどがニッケル水素電池やリチウムイオン電池に置き換えられています。ただ、低コストで過放電を気にせず使えるというメリットは健在で、今でもガーデンライトやホビーなどの特定用途では利用され続けています。

ニッケル・水素電池

ニッケル水素電池は、ニッケル・カドミウム電池の負極をカドミウムから水素化合物に置き換えた二次電池です。1990年ころに開発され、ニッケル・カドミウム電池より充電容量が大きいこと、また出力電圧が同じことから代替品としての地位を確立しました。

一時は携帯などモバイル機器のバッテリーを始め、ハイブリッド車の電源や「eneloop」などの乾電池として広く用いられました。現在はより大きな充電容量を持つリチウムイオン電池に代替され、使われるシーンは減りましたが、安全性の高さやコストの低さから乾電池などの用途で使われています。

リチウムイオン電池

1990年頃に初めて登場したリチウムイオン電池は、蓄電できるエネルギー密度が高く圧倒的な充電容量を持つことから、二次電池の主役となった電池です。正極にリチウム化合物、負極に黒鉛、電解液に有機溶媒などを使った構造をしており、リチウムイオンを黒鉛の隙間に吸着することで蓄電します。

化学反応を使わずに充放電するため、他の二次電池よりも非常に長い寿命を持つのが特徴です。また、メモリー効果がないこと、自己放電が少ないことなどの特徴もあり、分野を選ばず幅広い用途で使われています。

一方、数千回の充放電で劣化することや、製造に希少資源を使うため価格が高いこと、発火・爆発の危険があるなどの短所もあります。そのため、電池の改良やより高性能な電池の研究は積極的に行われ続けています。

リチウムイオンポリマー電池

リチウムイオン電池の電解液にポリマー（重合体）を使用した二次電池です。ポリマーに電解液を含ませてゲル化した構造となっており、液漏れを防ぐことで安全性を高めているのが特徴です。

ただ、電解液の材質以外はリチウムイオン電池と全く同じ構造をしているため、安全性以外のメリットはありません。また、リチウムイオン電池と違い低コストな製造方法が考案されておらず、価格が圧倒的に高いので、一般に普及してはいない状態です。

ナトリウムイオン電池

ナトリウムイオン電池は、リチウムイオン電池と同じ原理で動作し、次世代の主力電池の一つとして注目されている二次電池です。リチウムイオン電池はリチウムやコバルトなどの希少資源を使っており、価格が高いこと、また環境面での課題があります。

一方、ナトリウムイオン電池はナトリウムの資源量が非常に多く、他の希少資源も使わずにすみます。現状ではリチウムイオン電池ほどの性能がなく、リチウムイオン電池を置き換える道筋は見えていませんが、積極的に研究が行われており将来性には期待がもてるでしょう。

ナトリウムイオン電池について詳細を知りたい方は「ナトリウムイオン電池って何？開発状況や製品化に向けた課題を紹介」をご覧ください。

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まとめ

今回は、二次電池の種類や特徴について解説しました。二次電池は充電を行うことで、繰り返し使用できる電池のことです。鉛蓄電池を始め、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池など、時代を追うごとに高性能な二次電池が開発され、現在ではリチウムイオン電池が主流となっています。

ただ、リチウムイオン電池も完璧ではなく短所も多いため、まだまだ新しい電池の開発は継続して行われています。今後の発展を注視しておきましょう。

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