【リチウムイオン電池講座】＜斜め下から掘り下げる＞③知ってる？リチウム電池は「イオン」の有無で大違い

当社会長（沢田元一郎）が連載していた、リチウムイオン電池の簡単解説『横からリチウム』の本文からテーマをピックアップして、リチウムイオン電池の小ネタを書いていく『リチウムの斜め下』シリーズです。今回はリチウム一次電池についてです。（※このシリーズの全記事はこちら）

リチウム電池の本格的な普及は1980年代ですが・・・

以下は、当社会長の沢田元一郎が書いた『第１回だからリチウムってなに（怒）！』からの一文です。

1980年代腕時計やゲーム機用としてリチウム一次電池が使われだすと、需要が平和的に再び伸び始めます。

今回は、上記の一節をテーマに取り上げ、
●最初のリチウム電池はいつ登場？
●リチウム一次電池ってなに？
の2点について、斜め下？から掘り下げます。

リチウムを電極につかう研究・開発は1970年代に始まりました

リチウムをエネルギーに活用するための前段となる研究は、アメリカの著名な物理化学者ギルバート・ニュートン・ルイスが1912年に行っていました。
化学熱力学や原子価理論を研究していたルイスは自分の専門分野の研究の一環として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、塩素、臭素、ヨウ素、酸素、水銀、銀、タリウム、鉛、鉄などの元素の電極電位を、それまでとは異なる高い精度で測定し、強電解質イオン活性の計算を行いました。
しかしそれは、民生品への応用を念頭に置いたものではなく、あくまでも原子が結合したときの電子の挙動を調べる学術的なものでした。

マイケル・スタンリー・ウィッティンガム（出典：batteriesinternational）

1970年代の初め、ルイスの研究を基に、世界で初めて電池の極材にリチウムを用いたのは、マイケル・スタンリー・ウィッティンガム（英）です。
ウィッティンガムは、石油枯渇後の生き残りをかけて、代替エネルギーを真剣に模索し始めたエクソン社の目に留まり、31歳のときに招聘されて、1972年に同社の研究施設に入り、世界で初めてリチウム電池を発明しました。しかし、リチウムの不安定性を解決できずにいました。

その間、パナソニックがフッ化黒鉛リチウム一次電池を先に開発し、1976年にはナイトフィッシング用に電気ウキ用ピン形リチウム電池を発売しました。パナソニック社の資料によると「1971年世界に先駆けて、民生用リチウム電池の開発・量産」とあるので、リチウム一次電池の分野では、パナソニックが世界で初めて商品化に成功した、と言えるのかもしれません。

この記事を提供しているのはGSユアサ代理店のミカド電装商事です

リチウム電池（一次電池）は乾電池と同じしくみ

さて、ウィッティンガムが目指したものはリチウムイオン電池（二次電池）でしたが、実際に世に出たのはリチウム電池（一次電池）のほうがずっと先でした。

そもそも、リチウム電池とリチウムイオン電池はどこが違うのでしょうか？

同じリチウム電池でも、名前に「イオン」が付いていない電池と「イオン」が付いている電池では用途も見た目もしくみも大きく違います。

簡単な区分では、単にリチウム電池というときは、使い切りタイプの電池で一次電池と呼ばれるものを指す場合が多く、形状もボタン電池が一般によく知られています。

リチウム電池はお店で普通に売られている電池なので、用途も乾電池と同じです。もっとも広く使われているリチウム一次電池は正極に二酸化マンガン、負極にリチウムを使った二酸化マンガンリチウム電池で、中でも普及しているコイン型リチウム（CR系）一次電池は、時計、電卓、小型電子ゲーム、ICタグ、ICカード、各種メモリーバックアップ、電子体温計、キーレスエントリー（車載用機器）、電子手帳（PDA）、LEDライトなど、様々な小型機器に多岐にわたって用いられています。

金属の中で一番陽イオン化傾向が大きいリチウムを電極に使うと高い出力電圧を得られます。そのため通常のマンガン乾電池の公称電圧が1.5Vなのに対し、リチウム一次電池は3Vです（1.5Vの製品もあります）。また、金属の中で最も軽いので重量当りの電力容量も大きくなり、電池の残量が減っても電圧が下がらない、自己放電が少なく長期保存に向く（10年経過しても90%の容量を維持）という特長があります。

ところが優れた特徴を持つリチウム電池ですが、水や酸素に対する反応性や、充電後にリチウム電極に樹枝状の結晶ができる問題など、リチウムを何度も使える充電可能な二次電池の極材として使うには課題が山積みでした。海外で「充電式リチウムイオン電池の創始者」と呼ばれているウィッティンガムも、なかなかクリアできなかった部分が、まさにそこだったのです。