リチウムイオンの電池の寿命の年数はどのくらい?寿命を伸ばす方法も

この記事を執筆するにあたって

本を読む代わりにNHKラジオの文化講座を聞くことがあるのですが、その中にリチウムイオン電池に関する講座がありました。 講師はなんとリチウムイオン電池の開発者の吉野彰さん。 開発自らこぼれ話を挟みながらの講座は、電池の知識がなくてもわかりやすく、興味深いものでした。 この講座を聞いてなかったら、この記事を書くことはなかったと思います。

Written By 八色 さかえ

目次

リチウムイオンの電池の寿命について解説します

リチウムイオン電池の寿命は、意外に短いです
早いと2年ぐらいで、電池の持ちが悪くなり始めるものもあります。
また、最近はユーザー自身で電池の交換ができないものが増えてきました。
ですから、なるべく寿命が短くならないように使いたい、と思うのは当然の流れでしょう。
そこで、今回はリチウムイオン電池の寿命について解説します。
どうして寿命が短くなってしまうのか、そうならないための対策などを紹介します。

リチウム イオン 電池 寿命
撮影:つーろっぷ

リチウムイオン電池の種類

リチウムイオン電池の種類は、大きく分けて2つあります。

リチウムイオン電池の種類 1.小型

主にスマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどのモバイル機器に使われています。

形状としては、以下の3つがあります。

  • 角形
    (主な用途:携帯電話...いわゆるガラケー)
    リチウム イオン 電池 寿命
    撮影:つーろっぷ

  • 円筒型
    (主な用途:ノートパソコン)
    乾電池のような形をしています。
    これをカバーの中に収納した状態で使います。
    使う本数は、通常4~6本です。
    リチウム イオン 電池 寿命
    撮影:つーろっぷ

  • ラミネート型
    (主な用途:スマートフォン)
    角形をさらに薄くしたもの。
    角型と円筒形の包装材は金属ですが、こちらはラミネートのようなプラスチック状のものが使われています。
    最近では大半が電解液をゲル状のポリマーにした、リチウムイオンポリマー電池になっています。
    リチウム イオン 電池 寿命

リチウムイオン電池の種類 2.大型

  • 自動車用 ハイブリッド車や電気自動車に使われています。 ノートパソコン用リチウムイオン電池の、25倍程度のサイズです。 電極材料を変えた10,000サイクル以上使える、長寿命のリチウムイオン電池SCiBも登場しています。 リチウム イオン 電池 寿命

Qurren - リチウムエナジージャパン製リチウムイオン二次電池セルのLEV50(東京モーターショー2011、三菱自動車ブース出展)Wikimedia Commons
リチウム イオン 電池 寿命
Qurren - 東芝製SCiBセル(東京モーターショー2011、三菱自動車ブース出展)Wikimedia Commons

リチウムイオン電池の寿命

リチウム イオン 電池 寿命

一般的には500サイクル程度、と言われています。
管理状態が良好であれば、1,000サイクル以上の使用も可能です。
サイクルとは充電と使用の回数のことです。
ですが、充電と使用を1回ずつで1サイクル、とは数えません。
充電した後、使った電池の容量の合計が100%になった時、1サイクルと数えます
例えば、寿命が500サイクルの電池を1日に残量が50%になるまで使い、それを100%充電する使い方をしたとしましょう。
1日あたりの消費容量は50%です。
2日使うと、50%×2=100%になりますので、これで1サイクルと数えます。
つまり、2日で1サイクルになる訳です。
1年あたり182.5サイクルですから、約3年使えるという計算になります。
もっとも、他の要素も絡んでくるので、これはあくまでも目安です

リチウムイオンの寿命の症状は?

リチウム イオン 電池 寿命

リチウムイオンの寿命の症状① 使える時間が短くなる

要するに、電池に蓄えられる電気の量が徐々に少なくなっていく、ということです。
ここで、リチウムイオン電池の原理を簡単に説明します。
まず、充電状態。
充電器につないだ状態のことを指します。
この時、正極から負極に、電子とリチウムイオンが移動します。
ちなみに正極と負極とは、乾電池の+と-と同じです。
そして、放電状態。
充電器から外して使う状態のことを指します。
充電で負極に移動した電子とリチウムイオンが、正極に移動します。
これにより電気が発生します。
つまり、リチウムイオン電池というのは、正極と負極の間を電子とリチウムイオンが出入りする時に生じるエネルギーを使っているのです
もっと簡単に説明している動画もありますので、ご参考にどうぞ。

しかし、使っているうちに電池は消耗します。
すると、負極の構成材料であるカーボンが劣化します
また、正極に薄い膜ができ、リチウムイオンの移動を妨げます。
いずれの場合も、リチウムイオンを出し入れする能力が低下しますので、蓄えられる電気の量が減ります
結果として使える時間が短くなり、寿命となる訳です。

リチウムイオンの寿命の症状② 残量表示が狂ってくる

リチウムイオン電池の中には、過剰な充電と放電を防ぐ保護機能が組み込まれています。
しかし、この保護機能が劣化して精度が落ちてくると、まだ充電できるのに充電を終了してしまうことがあります。
ただこの場合、はっきりと寿命とは言えません。
というのも、充電しないで放置し、電池を放電させると、回避できてしまうこともあるからです
しかし、ここがリチウムイオン電池の難しいところなのですが、放電しすぎても劣化します
電池に内蔵されている保護機能がはたらいて、充電できなくなるのです。
リチウムイオン電池を使っている機器のマニュアルに「定期的に通電するように」と、書いてありますが、それはこのためです。
大体6か月以上は、放置しないようにした方が良いでしょう。
こうなると、もう普通の方法では充電できなくなり、寿命となります。
充電できることもありますが、液漏れして破裂や発火する恐れもありますので、おすすめしません。

リチウムイオンの寿命の症状③ 電池が膨張する

リチウムイオン電池に限らず、電池は電流が流れればガスが発生します
ですので、電池にはこのガスを抜くための安全弁が付いています
乾電池が液漏れすることがありますが、あれはガスを安全弁から放出する時に、液状の電解液が一緒に出てしまった状態です。
リチウムイオン電池の場合、円筒型と角型に安全弁が付いています
スマートフォンなどに使われているラミネート型には、安全弁がありません
その代わりに、包装材のラミネートやシールが裂けることでガスを放出します。
このため、ガスが溜まってきて電池が膨張することがあります
しかし、メーカーによっては、リチウムイオン電池の特性として問題ナシという見解を示しているところもあります。

電池パックは消耗にともない膨らむ場合があります。これはリチウムイオン電池の特性であり、安全上問題ありません。

電池パックは、ご使用条件により、寿命が近づくにつれて膨れる場合があります。これはリチウムイオン電池の特性であり、安全上に問題はありません。

これはおそらく、不良ではないので無償交換しない、という意味でこう書いているのでしょう。
とはいえ、素人には良し悪しの判断がつきにくいですし、使わない方が良いです

リチウムイオンの寿命を招く原因は?

リチウム イオン 電池 寿命

リチウムイオンの寿命を招く原因① 高温または低温にする

特に暑さは苦手です。
最高45℃程度まで耐えられますが、電池容量が減るスピードが早まるので、確実に寿命が縮みます。
何故なら、リチウムイオン電池の負極に使われているカーボンは、熱によって構造が変化するからです。
すると、負極の機能をフルに発揮できなくなりますので、結果として電池容量が減ってしまいます。
ですから、真夏日や猛暑日の時や、夏場の車の中などは要注意です。
10℃以下の寒いところでも、電池の消耗がいつもより激しくなります。
ただ、こちらの場合は一時的なもので、10℃以上になれば元に戻ります

リチウムイオンの寿命を招く原因② 充電器につなぎっぱなしにする

充電器につないだままにすると、リチウムイオン電池は常に100%充電された状態になります。
普通は100%充電した方が長く使えて良さそうに思えますが、リチウムイオン電池の場合は逆です。
負極が劣化してしまいます。
通常は、500サイクル程度まで持ちますが、100%充電した場合は、その1/4程度まで減ってしまいます。

リチウムイオンの寿命を招く原因③ 残量0%で放置する

前項でリチウムイオン電池は、充電しすぎると劣化すると述べました。
しかし、逆に充電しないで放置しても劣化します
放電しすぎた状態になり、充電器につないでも充電できなくなり、寿命となってしまうことがあります。
何度か試すと充電できることもありますが、劣化した電極の材料が化学反応を起こし、液漏れする可能性があります
この場合、破裂や発火の恐れがあり危険です。

リチウムイオンの寿命を伸ばす・長持ちさせる使い方

リチウム イオン 電池 寿命

リチウムイオンの寿命を伸ばす・長持ちさせる使い方① 極端な暑さと寒さを避ける

スマートフォンなどのモバイル機器のマニュアルを見ると、動作に適した気温は10~30℃程度としているものが多いです。
暑すぎても寒すぎても、うまく動作しません。
特に暑さは苦手です
リチウムイオン電池の負極に使われているカーボンは、熱でその構造が変わってしまいます。
リチウムイオン電池は正極と負極の間を、電子とリチウムイオンが出入りすることで、電流が起こります。
しかし、熱で負極の構成が変わってしまうと、この出入りがうまくできなくなるのです
すると、電池容量が減ってしまい、寿命が縮みます。
寒くても、電池の消耗が早まります。
この場合は、前述の電子とリチウムイオンの出入りが遅くなるので、起こると言われています。
しかし、なぜ遅くなるのかはわかっていません。
ただ、こちらの場合は一時的な現象で、温かくすれば元に戻ります
よりベストな気温は、20~25℃程度です。
つまり、人間が快適に過ごせる範囲ということですね。

リチウムイオンの寿命を伸ばす・長持ちさせる使い方② 100%充電しない

寿命が縮む原因の項目でも書きましたが、100%充電するとリチウムイオン電池の負極が劣化します
負極に使われているカーボンの構造が、変わってしまいます。
すると、正極と負極の間を電子とリチウムイオンがうまく出入りできなくなるので、電池容量が減ります。
これを避けるには、80%程度の充電に留めると良いでしょう
100%充電した場合と比べて、寿命が1.5倍になると言われています。
大手メーカーのノートパソコンなら、大抵は充電量を調整するソフトを提供しています。
スマートフォンの場合は、無料で使えるバッテリー管理アプリがあるので、そういったものを利用すると良いでしょう。

リチウムイオンの寿命を伸ばす・長持ちさせる使い方③ 残量0%にしない

これもすでに述べたことですが、残量が0%の状態でもリチウムイオン電池は劣化します
電池の電圧が下がりすぎて保護機能がはたらき、充電できなくなります。
こうなると、もう充電できなくなりますので、自動的に寿命を迎えることになります。
良くモバイル機器のマニュアルに「定期的に通電してください」というようなことが書いてありますが、これはこのような事態を避けるためです。
場合によっては充電できることもありますが、電池内部で化学反応が起こり、液漏れする恐れがあります
最悪、発火や破裂で火事になる危険もありますので、できれば充電しない方が良いでしょう。

リチウムイオンに寿命がきたら?

リチウム イオン 電池 寿命

新しいリチウムイオン電池と交換する

新しいリチウムイオン電池を購入し、寿命を迎えた電池と交換します。
最も確実な方法です。
ただ、最近はコストダウンや小型軽量化、強度アップのために、ユーザー自身でバッテリー交換できない仕様になっている機器も少なくありません。
この場合は、基本的にはメーカーに交換を依頼するしかありません。
そうすると、交換費用が結構かかります
メーカー以外の非正規の修理業者に依頼すれば、いくらか安くなります。
しかし、業者ごとに技術レベルにバラつきがあり、かえって不調になるケースもありますので、注意が必要です

リチウムイオン電池をリフレッシュする

ノートパソコンなど、一部の機器については、寿命を迎えて電池容量が少なくなったリチウムイオン電池の中身を新品と入れ替えて再生してくれる業者があります
外側はそのままですが、中身は新しくなるので、実質新品同様に使えます
中身を入れ替えるだけですので、コストも買い替えるよりも安いです。
新品と比べて4割程度安くなることもあります。
ただ、こちらも前項同様、業者ごとにレベルがまちまちです。
下手なところに当たってしまうと、電池の持ちが全く改善されないなど、トラブルに遭遇してしまう可能性もあります。

寿命がきたリチウムイオンの処分方法は?

リチウム イオン 電池 寿命

寿命を迎えたリチウムイオン電池を、可燃ごみとして自治体のごみ回収に出すのは危険です
ごみ収集車の中で電池がショートして発火し、火災になる恐れがあります
寿命を迎えたリチウムイオン電池を処分するなら、回収ボックスを利用するのが良いでしょう。
家電量販店などに設置されています。
なお、電池がショートして発熱や破裂しないように、端子部にはセロハンテープを貼っておきましょう
具体的な回収場所を知りたい場合は、一般社団法人JBRCのホームページで検索できます。

自治体のごみ回収は、各自治体ごとに対応が異なります。
お住まいの自治体に問い合わせてください。
このほか、2020年に開催される東京オリンピックでは小型家電から回収した金属で、入賞メダルを作るプロジェクトが進行しています。
リチウムイオン電池単体での回収は受け付けていませんが、スマートフォンやノートパソコンなど回収対象品に取り付けた状態なら回収可能です
自分が回収に出したものが、メダルの一部になるかもしれません。

この記事はリチウムイオンの寿命の全てを解説できた訳ではない

リチウム イオン 電池 寿命

ここまでリチウムイオン電池の寿命について、色々と解説してきました。
しかしながら、これが全てではありません。
記事内で紹介した寿命は、あくまでも目安に過ぎません
そもそも、製品ごとに仕様が異なります。
その一例として、自転車産業振興協会が2018年2月に公開した電動自転車用リチウムイオン電池の劣化試験のレポートを紹介します。

これを見ると、製品ごとに使える時間が異なるのがわかります。
最も短い製品ですと、長い製品の1割程度の時間しか使えていません
たった4製品の比較ですら、これだけの差があるのです。
また、使い方は人によって異なります
充電するタイミングや時間、放電量、気温などの使用環境は、それぞれ皆違います。
ですので、記事内で紹介した寿命を長くする方法を実践しても、劇的に寿命が長くなるとは限りません
参考程度に捉えていただければ、と思います。

まとめ

リチウムイオン電池の寿命を延ばすには、暑さを避けて100%充電しないことが大切です。
正直、リチウムイオン電池は他の乾電池などに比べて、使い方が面倒です。
しかし、これはそれだけリチウムイオン電池が大きなエネルギーを扱っているということでもあります。
研究者の中には、爆弾を抱えているようなものだと言う人もいます。
実際、破裂や発火の事故は少なくありません。
それだけに使い方には注意が必要なのです

関連記事

他にも気になる家電製品の寿命について解説している記事がいくつもあるので、気になった方はぜひ読んで見てください。

参考元
- NHKカルチャーラジオ 科学と人間 電池が起こすエネルギー革命 | NHK出版
- リチウムイオン二次電池 - Wikipedia
- バッテリーの使用回数??|スマートドクタープロ和歌山
- [アルカリ・マンガン] 乾電池が液漏れを起こす原因は? PZ18155 - 乾電池
- 第127回 デジタル生活で活躍するバッテリの劣化はなぜ起こるの?|テクの雑学|TDK Techno Magazine
- リチウムイオン電池の豆知識 - リチウムイオン電池の豆知識
- リチウムイオン電池の劣化メカニズムを解明(2012/1/25発表)|SPring-8 大型放射光施設 光のひろば
- リチウムイオンバッテリーなら株式会社ベイサン | 14. 保護回路
- 電気のミカタ リチウムイオン電池とアルミの関係
- 「急増!リチウムイオン電池の事故」| くらし☆解説 | NHK 解説委員室 | 解説アーカイブス
- バッテリーは劣化する!ムダな劣化を防ぐ4つのポイント(1/2) - FMVサポート : 富士通
- バッテリー - パフォーマンスを最大化する - Apple(日本)
- ASCII.jp:iPhoneのバッテリー持ちが悪い!? 寒さが原因かも (1/2)
- 第8回 温度によるリチウムイオン電池の容量増加と劣化促進 | コラム | お役立ち情報 | 大和製罐株式会社 エネルギーシステム
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2018/08/02関連記事の追加

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八色 さかえ
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