バッテリーは常に 100% まで充電する必要がありますか?今すぐやめてください。

今日の生活において、携帯電話はコミュニケーションツールであるだけでなく、仕事、余暇、社会的な交流においてもますます重要な役割を果たしています。携帯電話を使用するときに最も心配なのは、バッテリー残量低下の通知です。

LGが2016年に実施した調査によると、携帯電話のバッテリー残量が20％を下回ると、90％の人が「パニック」を感じることが分かった。大手メーカーは携帯電話のバッテリー容量の拡大に力を入れていますが、日常生活における携帯電話の使用頻度と強度が増加し続けるにつれて、ほとんどの人は1日1回の充電から1日N回の充電に徐々に変化してきました。緊急時に備えて、外出時にモバイルバッテリーを持参する人も多くいます。

では、日常生活で携帯電話を使用する際、携帯電話のバッテリーの寿命をできるだけ延ばすにはどうすればいいのでしょうか?

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リチウムイオン電池の仕組み

現在、市場に出回っているほとんどの携帯電話に使用されている電池は、ノーベル賞レベルの成果であるリチウムイオン電池です。ニッケル水素電池、亜鉛マンガン電池、鉛蓄電池などの従来の電池と比較して、リチウムイオン電池は、大容量、小型、高電圧プラットフォーム、長いサイクル寿命などの利点があります。まさにこれらの利点があるからこそ、携帯電話は小型化され、バッテリー寿命も長くなるのです。

携帯電話のリチウムイオン電池の正極には通常、LiCoO2（コバルト酸リチウム）、NCM、NCA などの材料が使用されています。携帯電話の負極材料には、主に人造黒鉛、天然黒鉛、MCMB、SiO などがあります。充電プロセスでは、リチウムはリチウムイオンの形で正極から脱離し、電解質を通過して最終的に負極に埋め込まれますが、放電プロセスはその逆になります。そのため、充放電のプロセスは、リチウムイオンが正極と負極の間で継続的に埋め込み/脱埋め込み、挿入/脱埋め込みを繰り返すサイクルであり、まさに「ロッキングチェアバッテリー」と呼ばれています。

リチウム電池の動作原理: 充電と放電の際、リチウムイオンは正極と負極の間を連続的に行き来します。 |著者提供の写真

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リチウムイオン電池の寿命が短くなる理由

新しく購入した携帯電話のバッテリー寿命は最初はかなり良いのですが、しばらく使用するとだんだんと寿命が短くなります。たとえば、新しい携帯電話はフル充電すると約 36 ～ 48 時間使用できますが、半年以上経過すると、同じフル充電でも 24 時間しか持たなくなるか、それよりも短くなることがあります。

携帯電話のバッテリーが「寿命を縮める」原因は何でしょうか？主な理由は次のとおりです。

① 過充電と過放電

リチウムイオン電池は、正極と負極の間のリチウムイオンの移動を利用して動作します。したがって、リチウムイオン電池の正極と負極が収容できるリチウムイオンの数は、その容量に直接関係します。リチウムイオン電池は、過充電や過放電を繰り返すと、正極と負極の電極材料の構造が損傷し、リチウムイオンを収容するスペースが狭くなり、容量が減少します。これが、電池寿命の低下と呼ばれるものです。

LiCoO2正極材料の電子顕微鏡画像（深充放電50サイクル前（a）と深放電50サイクル後（b））

図2. LiCoO2は深充電と放電後に構造的損傷を示す

バッテリーの寿命は通常、サイクル寿命によって評価されます。サイクル寿命とは、リチウムイオンバッテリーを深く充電および放電して容量を 80% 以上維持できる充放電サイクルの数です。

国家規格GB/T18287では、携帯電話のリチウムイオン電池のサイクル寿命は300回以上でなければならないと規定されています。これは、携帯電話のバッテリーは 300 回の充電と放電を繰り返すと耐久性が低下することを意味しますか?答えはノーです。

まず、サイクル寿命の測定では、バッテリー容量の減衰は崖状または段階的なプロセスではなく、緩やかなプロセスです。 2 つ目は、リチウムイオン電池は深く充電および放電されるため、日常使用では電池管理システムに電池保護機構が備わっていることです。完全に充電されると自動的に電源が切れ、バッテリー残量が少なくなると自動的にシャットダウンするため、過充電や過放電を極力避けることができます。そのため、携帯電話のバッテリーの実際の寿命は300回以上になります。

しかし、優れたバッテリー管理システムに完全に依存することはできません。携帯電話を低電力または最大電力で長時間放置すると、バッテリーが損傷し、容量が減少する可能性があります。したがって、携帯電話を充電する最良の方法は、浅く充電し、浅く放電することです。電池が切れたら充電し、満充電になったらプラグを抜いてください。携帯電話を長期間使用しない場合は、半分充電された状態に保つと、携帯電話の寿命を効果的に延ばすことができます。

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② 極寒または高温の状態で充電する

リチウムイオン電池にも高温要件があり、通常の動作（放電）温度範囲は 0°C ～ 35°C です。低温条件下では、電解質のイオン伝導性が低下し、電荷移動インピーダンスが増加し、リチウムイオン電池の性能が低下します。最も直感的に感じられるのは容量の減少です。しかし、この容量の低下は可逆的であり、温度が室温に戻るとリチウムイオン電池の性能は正常に戻ります。

しかし、低温条件下でバッテリーを充電すると、負極の分極により負極の電位が金属リチウムの還元電位に達し、負極の表面にリチウム金属が析出する可能性があります。一方ではバッテリー容量の低下につながり、他方ではリチウムデンドライトが形成されてバッテリーの短絡を引き起こし、危険を引き起こす可能性があります。

リチウムイオン電池を高温条件下で充電すると、リチウムイオンの正極と負極の構造も変化し、電池容量が不可逆的に低下します。したがって、極端に寒いまたは暑い環境で携帯電話を充電することは避けてください。これにより、携帯電話の寿命が効果的に延びます。

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課金に関するこれらの主張は妥当でしょうか?

① 一晩充電すると携帯電話のバッテリー寿命に影響しますか？

過充電や過放電はバッテリーの寿命に影響しますが、一晩充電することは過充電を意味するものではありません。一方、携帯電話は完全に充電されると自動的に電源が切れます。一方、現在多くの携帯電話では、最初にバッテリーを80%の容量まで急速充電し、その後、より低速のトリクル充電に切り替える充電方法が採用されています。そのため、寝ている間にも安心して携帯電話を充電できます。エンジニアは設計時にこれらの問題を考慮に入れました。

② 暑い夏には、充電中に携帯電話の温度が上昇することがあります。これは正常なのでしょうか、それとも携帯電話のバッテリーに問題があるということでしょうか?

バッテリーの充電には、化学反応や電荷移動などの複雑なプロセスが伴います。これらのプロセスでは、多くの場合、熱が発生します。したがって、充電中に携帯電話が熱くなるのは正常です。携帯電話の高温や発熱は、通常、バッテリー自体の問題ではなく、放熱不良によって発生します。充電中に保護カバーを取り外すと、携帯電話の熱をよりよく放散でき、携帯電話の耐用年数を効果的に延ばすことができます。

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③ モバイルバッテリーや車の充電器で携帯電話を充電すると、携帯電話のバッテリーの寿命に影響しますか？

しません。モバイルバッテリーを使用する場合でも、車載充電器を使用する場合でも、国家基準に適合した充電設備を使用して携帯電話を充電する限り、携帯電話のバッテリーの寿命には影響しません。

④ 充電ケーブルをパソコンに差し込んで携帯電話を充電する場合と、充電ケーブルを電源コンセントに差し込んで携帯電話を充電する場合の充電効率は同じですか？

パワーバンク、車の充電器、コンピューターを使用する場合でも、電源に直接接続して充電する場合でも、充電速度は充電器と携帯電話がサポートする充電電力にのみ関係します。 5W 充電器 (5V=1A) の充電速度は、18W 充電器 (9V=2A) の充電速度よりも遅くなります。

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⑤ 充電しながら携帯電話を使用できますか？過去に起きた「充電しながら通話中に感電した」という事例の原因は何でしょうか？

充電しながら電話を使用できます。携帯電話を充電する場合、充電器は変圧器を介して 220V の高電圧 AC を低電圧 (一般的な 5V など) DC に変換し、バッテリーに電力を供給します。携帯電話には低電圧部分のみ接続されます。通常の状況下では、人体にとって安全な電圧は 36V です。つまり、通常の充電では、携帯電話のケースが漏電したとしても、出力電圧が低いため人体に害を及ぼすことはありません。

ネット上での「充電しながら通話中に感電した」というニュースについては、基本的に転載された内容であることが分かります。情報源の検証が難しく、警察などの権威ある機関からの状況報告もないため、関連ニュースの信憑性を判断することは困難です。しかし、携帯電話を充電するために国家基準を満たす認定充電設備を使用する限り、「充電しながら電話をしていると感電する」というのは大げさな発言だ。しかし、これはまた、携帯電話を充電する際には、関連する国家基準を満たす正規メーカーが製造した充電器を使用しなければならないことを思い出させます。

また、携帯電話の使用中はご自身でバッテリーを分解しないでください。バッテリーが膨張するなどの異常な状態が見られる場合は、バッテリーの不適切な使用による安全上の事故をできるだけ避けるために、すぐに使用を中止し、携帯電話メーカーに連絡して交換してください。

著者: 曹 博偉、中国科学院物理研究所クリーンエネルギー研究所博士課程学生

レビュー |李紅 中国科学院物理研究所クリーンエネルギー研究所研究員

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