スマホの 電池は、「リチウムイオン電池」と いいます。中では、とても 小さな つぶの リチウムイオンが、2つの 場所の あいだを いったり きたり しています。

じゅうでんすると、イオンは 一方の がわに あつまります。スマホを つかうと、もう 一方の がわに もどって いきます。この うごきが 電気を つくります。

だから、もたなく なるのは、電気が きえるからでは ありません。いったり きたり できる イオンが へったり、道が とおりにくく なったり するからです。

この 電池を つくった よしのさんたちは、2019ねんに ノーベルかがく賞しょうを もらいました。

リチウムイオン電池の中では、リチウムイオンが正極と負極の間を行き来しています。充電すると負極へ移り、スマホを使うと正極へもどります。負極に使われる黒鉛は、層のすきまにイオンが出入りできる材料です［2］。

つまり、電池が空になるのは電気が消えたからではなく、イオンが片側に移ったからです。そして電池が持たなくなるのは、この往復で使えるイオンが減ったり、往復がしにくくなったりするからです。これが、この記事の答えの要点です。

この電池の原型は、1983年に吉野彰さんらが、炭素を負極、コバルト酸リチウムを正極にして作りました。小型で軽い電池として1991年に実用化され、2019年にはノーベル化学賞が贈られています［1］。

では、「往復しにくくなる」とは、具体的には何が起きているのでしょうか。

電池の容量が減るとは、電気が消えることではない。リチウムイオン電池では、充電のたびにリチウムイオンが正極から負極へ移り、放電のたびに戻る。負極の黒鉛は、層の間にイオンが挿入され、また抜け出る構造をもつ［2］。空の電池とは、イオンが片側に移りきった状態にすぎない。

したがって容量の低下は、この往復に参加できるイオンが減るか、往復の道が通りにくくなることとして理解できる。これが以下の章で扱う問いの骨組みである。

この方式は、吉野彰が1983年に炭素を負極、コバルト酸リチウムを正極とする原型を作ったことに始まり、1991年に小型軽量の電池として実用化された。2019年のノーベル化学賞は、この開発に対して3人に贈られた。受賞年と開発年は別であり、スマホの電池の基本形は、受賞の30年以上前にできていたことになる［1］。

では、往復の道は、具体的にどこで通りにくくなるのか。

電池の 中の マイナスがわの 表面には、まくが できます。はじめての じゅうでんで、中の えきが 少し かわって できる ものです。まくは イオンを とおしますが、電気は とおしません。

まくが できる ときに、リチウムの 一部が つかわれて しまいます。だから、電池は 新しい うちから、ほんの 少し へって います。

まくが あつく なりすぎると、イオンが とおりにくく なります。まくの 中に、イオンが とじこめられる ことも あります。出入り口の 通路に、にもつが つもって いくような ものです。ただし 本当の 電池の 中は、もっと ふくざつです。

へる わけは、この まくだけでは ありません。いくつかの ことが かさなって います。

負極の表面には、SEI（固体電解質界面）という被膜ができます。主に最初の充電のとき、電解液が分解してできるもので、リチウムイオンは通しますが、電子は通しません［2］。この膜ができるとき、リチウムの一部が使われるため、容量は新品のうちからわずかに減ります。

膜は電池を守る役目もしますが、厚くなりすぎると、電気抵抗が高くなります。さらに、膜の内部にリチウムイオンが固定されてしまい、容量が減ることも、研究機関のSPring-8は説明しています［3］。

道がせまくなり、しかも往復するイオンそのものが減る。これが、電池が持たなくなる大きな理由の一つです。ただし劣化の原因はこれだけではなく、資料によって重く見る部分も違います。

では、その膜やイオンの減り方は、使い方や環境で変わるのでしょうか。メーカーは、まず回数で目標を決めています。

負極の表面には、主に最初の充電で電解液が分解し、SEI（エスイーアイ、固体電解質界面）と呼ばれる被膜ができる。リチウムイオンは通すが電子は通さないため、電池は動き続けられる。しかし膜ができる際にリチウムの一部が消費されるので、容量は使い始める前の段階で、すでに少し目減りしている［2］。

では、なぜ使うほど悪くなるのか。SPring-8の研究成果の解説では、SEIが厚くなりすぎると電気抵抗が高くなり、またSEIの内部にリチウムイオンが固定化されることで容量が減る、と説明されている［3］。イオンが通りにくくなるうえに、往復に使えるリチウムイオンも減る、という二重の構図である。

ただし、これを唯一の原因と読んではならない。SEIの成長は主要因の一つにすぎず、劣化には正極側の変化なども関わると考えられ、資料によって重点の置き方が異なる。この点は最終章でもう一度触れる。

では、こうした劣化を、メーカーはどう見積もっているのか。

Appleは、電池の 100%ぶんの 電気を つかい きると、じゅうでんの 1かいと かぞえます。たとえば、今日 半分 つかって じゅうでんし、あした また 半分 つかって じゅうでんすると、2日で 1かいです。

iPhone 14までは、500かい くりかえした あとも、新品の ときの 80%の 力を たもつように つくった、と せつめいして います。iPhone 15は 1000かいです。ただし、どちらも 理想の じょうけんでの 話です。

これは 「500かいで こわれる」では なく、「500かい つかった あとも、80%の 力を のこす ことを めざした」という ことです。Samsungも、500かい ほどで、電池の 年れいは 2年から 5年ほどと いわれる、と しょうかい しています。

毎日 1かい つかい きる 人なら、500かいは やく 1年 4か月、1000かいは やく 2年 9か月です。

電池の持ちは、メーカーが回数で目標を決めています。Appleの日本語サポートによると、バッテリー容量の100%相当の電力を使い切ると、充電サイクル1回と数えます。半分を使って充電し、翌日にまた半分を使って充電しても、合わせて1回です。

iPhone 14以前は、フル充電サイクル500回の後も、理想的な条件で、本来の蓄電容量の80%を維持するよう設計されているとのことです。iPhone 15は、これが1000回です［4］。「500回で壊れる」ではなく、「500回後も、理想的な条件で容量の80%を保つことを目標にした」という意味です。

Samsungの日本語ページも、充電サイクルは500サイクル程度といわれ、寿命は2〜5年程度とされると紹介しています［7］。Battery Universityは、多くの民生用で表示される寿命を、300〜500回の充放電サイクルとしています［5］。どれも機種や条件が異なる資料の目安なので、同じ条件で比べた数字ではありません。

計算してみると、毎日1回ぶん使い切る人は、500回で約1年4か月、1000回で約2年9か月です。実際はもっと浅く使う人が多いので、年数は長くなります。

回数のほかに、「年月」と「暑さ」も劣化に関わります。次の章では、この暑さを見ます。

メーカーが掲げる数字は、一定の回数を使った後も容量の一定割合を保つための設計目標である。Appleの日本語サポートによれば、バッテリー容量の100%相当の電力を使い切ると1回のフル充電サイクルと数える。したがって半分ずつ2回の充電でも1回であり、回数は充電の回数ではなく、使った電力の合計で決まる。

その上でAppleは、iPhone 14以前は500回、iPhone 15は1000回のフル充電サイクルの後も、理想的な条件で本来の蓄電容量の80%を維持するよう設計している、と説明する。また寿命には「化学的経年劣化」が関わり、最大容量は新品時と比べた容量の基準だとする［4］。すなわち数字は「壊れる回数」ではなく、「理想的な条件で80%を保つ設計目標」であり、条件も理想的な場合に限られる。

他の資料もほぼ同じ範囲を示す。Samsungの日本語ページは、充電サイクルは500サイクル程度といわれ、寿命は2〜5年程度とされる、と述べる［7］。Battery Universityは、多くの民生品の表示寿命を300〜500回とし、サイクル、高温、年月が性能を下げるとしている［5］。出典ごとに数字が少しずつ違うのは、機種、条件、定義が異なるためで、スマホ電池の寿命年数を公的に定めた数字は、ここで使った資料にはない。

回数を日数に直すと、毎日1回分を使い切る人なら、500回は約1.4年（500÷365）、1000回は約2.7年（1000÷365）になる。サイクルが使用量の合計で数えられる以上、実際の年数は使い方次第で大きく動く。回数のほかに温度と充電量が効くことを、次に見る。

電池は、あつさが にがてです。Samsungは、スマホの 電池は 高い おんどに なると、よわりやすい、と せつめいして います。

Appleは、電池に ちょうどいい おんどを 16から 22℃と して います。35℃を こえる 場所では、電池の 力が、もとに もどらないほど いたむ ことが ある、とも いいます。

ある しりょうの 表では、電池を 40%の じゅうでんで 1年 しまった とき、もとに もどる 力は 25℃で やく 96%、40℃で やく 85%、60℃で やく 75%でした。

へった 分は、25℃で 4%、40℃で 15%です。4ばい ちかく ちがいます。これは しまって おいた ときの 見つもりで、スマホを つかって いる ときの 数字では ありません。

ひなたの 車の 中や、まどぎわに おきっぱなしに しないのが 大切です。

電池は、暑さが大の苦手です。Samsungの日本語ページも、スマホのリチウムイオン電池は高温になると劣化が進みやすいと説明しています［7］。Appleは快適な温度を16〜22℃とし、35℃を超える環境は電池容量を恒久的に傷めることがあるとしています［6］。真夏には、直射日光の中や車内でなくても、届きうる温度です。

Battery Universityの表は、これを数字で示しています。充電量40%で1年間保管したときの、回復できる容量の推定値は、0℃で約98%、25℃で約96%、40℃で約85%、60℃で約75%です。この数字は電池の種類で違う推定値で、使用中のスマホの温度とは別の条件です［5］。

減った分で比べると、25℃は約4%、40℃は約15%で、3.75倍、4倍近くです。60℃だと25%で、25℃の6倍を超えます。

同じ資料は、高温のまま満充電の状態で長く置くことは、充放電を繰り返すよりも電池に厳しいことがある、とも述べています。多くのリチウムイオン電池の通常の上限である4.20V/セルを超えて充電すると寿命が縮むそうです［5］。

では、暑さを避けるほかに、普段の使い方でできることはあるのでしょうか。

回数が同じでも、置かれた温度が違えば、劣化の進み方は大きく変わる。Samsungは、スマホのリチウムイオン電池は高温になると劣化が進みやすいと説明する［7］。Appleは、快適な温度を16〜22℃とし、35℃を超える環境が電池容量を恒久的に損なうことがあるとする［6］。35℃は、夏の日なたや閉めきった空間では十分に届きうる温度である。

Battery UniversityのTable 3は、これを定量化している。充電量40%で1年保管したとき、回復できる容量の推定値は、0℃で約98%、25℃で約96%、40℃で約85%、60℃で約75%である。ここで回復できないぶんを失われた容量とみなして計算すると、25℃で約4%、40℃で約15%、60℃で約25%となり、40℃は25℃の3.75倍、60℃は6倍以上になる。この表では、40℃で保管したときに回復できなかった容量の割合は、25℃の約4倍と推定されている［5］。

ただしこの表は、電池の種類で値が変わる推定値であり、保管時の数字である。スマホの使用中の温度、たとえば充電中や動画の再生中の発熱に、そのまま当てはめてはならない。

同じ資料は、高温下で満充電のまま長く置くことは、サイクルを繰り返すよりも電池に厳しいことがあるとし、多くのリチウムイオン電池で通常の上限とされるセルあたり4.20Vを超える充電は寿命を縮めると述べる。メーカー側の対策として、Galaxyには最大充電量を85%に抑える「バッテリーを保護」の設定がある［5］［7］。

この「満充電を避ける」考えは、使い方の側からも検討できる。

ある しりょうは、電池を あさく つかう ほうが、電池に やさしい、と しています。ぜんぶ つかい きらず、すこし つかったら つぎ足す ほうが、電池の 負たんが 少ないのです。

1回に 電池の 何%ぶんを つかうかを、「ほうでんの ふかさ」と いいます。表では、あるしゅるいの 電池を 1回に 100%ぶん つかい きると、力が 70%に へるまで やく 300かいです。でも 10%ぶんしか つかわないと、やく 6000かいと なって います。この 数字は 目やすで、スマホに そのまま あてはまる 数字では ありません。

Samsungは、0%に なる 前に じゅうでんする ことが 大切だと いいます。Galaxyには、じゅうでんを 85%で とめる せっていも あります。

自分の スマホの 1日の つかい方を しる やりかたは、さいごの 章で しょうかい します。

Battery Universityは、浅い放電や浅い充電は電池への負担が小さく、寿命が延びると述べています。放電の深さとは、1回の使用で容量の何%を使うかのことです。表の目安では、NMC系の電池で、容量が70%に下がるまでの回数が、放電の深さ100%なら約300回、10%なら約6000回です［5］。スマホの保証値ではなく、スマホの寿命にそのまま当てはめられない表の目安です。

回数は20倍ですが、1回に使う量は10分の1です。使った電力の合計で比べると、300回×100%と6000回×10%で、約2倍です。ただしこれは表の数字を掛け算しただけの目安で、実際に取り出せる電力量が2倍になるという意味ではありません。

Samsungは、残量が0%になる前に充電することが重要だと説明しています［7］。Galaxyの「バッテリーを保護」では、最大充電量を85%に抑えられます。何%から何%で使うのが一番いいかという具体的な数字は、この記事の資料では確かめられていません。

次の章では、自分の1日の使い方を知る方法を紹介します。

浅い使い方は、電池への負担を軽くする。Battery Universityは、浅い放電も浅い充電も電池のストレスを減らし、寿命を延ばすとする。放電の深さとは、1回の使用で容量の何%を使うかを指す。同資料のTable 2では、NMC系で容量が70%に下がるまでの回数が、放電の深さ100%なら約300回、10%なら約6000回という目安で示される［5］。この値は、スマホの保証値ではなく、スマホの寿命にそのまま当てはめられない、一般的な傾向を示す表の数字にすぎない。

この表を計算してみる。回数は6000÷300で20倍だが、1回に取り出す量は10分の1なので、総量は300×100%＝30000%分と、6000×10%＝60000%分で、約2倍になる。ただしこれは回数×放電深度の単純計算であり、実際の総電力量が2倍になるという意味ではない。深く使う場合の回数の少なさを、単純に「損」と見なせないことが分かる。

実用面では、Samsungが残量0%になる前の充電を勧め、Galaxyでは「バッテリーを保護」により最大充電量を85%に抑えられる［7］。20〜80%で使うと長持ちする、といった具体的な範囲を示す数字は、今回の資料には見つからなかった。

なお劣化の仕組みには、SEIの成長のほか、正極側のリチウムの損失を主因とする説明もあり、資料によって重点が異なる。次に、自分の1日の使用量を知る道すじを示す。

やってみよう

おうちの 人と いっしょに、1しゅうかん ためして みます。朝の 電池の 数字と、ねる 前の 数字を、メモします。これは 自分の 1日の つかい方を しる ための メモで、電池が いたんだか どうかを しらべる ものでは ありません。

ひき算を すると、1日に 何%ぶん つかったか わかります。たとえば 朝 100%、夜 40%なら、60%です。500かい つかうと 考えると、何日かは、500÷0.6で やく 830日、2年 3か月ほどです。

じゅうでんの ときに、スマホを 手で そっと さわって、あたたかさを たしかめます。あつい と かんじたら、それいじょう さわらず、おうちの 人に しらせます。ふとんの 中や ひなたでは じゅうでんしません。

おかしいと 思ったら、おうちの 人に 言って、つかうのを やめます。

もっと しりたくなったら

電池の 話を くわしく 読みたい 人は、おうちの 人と、SPring-8の ホームページを 見て みて ください。

今日できること

朝と寝る前の電池の残量を、1週間メモします。引き算すると、1日に何%使ったかが分かります。たとえば朝100%で夜40%なら60%、つまり1日0.6回ぶんです。この記事で出てきた500回を仮定すると、500÷0.6で約830日（約2年3か月）という計算になります。これは自分の1日の使い方を知るための記録で、電池の劣化や寿命を判定するものではありません。

もうひとつ、充電中のスマホを手で触って、温かさを確かめます。熱いと感じたら、それ以上触らず、おうちの人に知らせます。布団の中や日なたでは充電しません。NITE（製品評価技術基盤機構）も、電池を高温の場所に放置しないこと、強い衝撃を与えないこと、異常を感じたら充電や使用をすぐやめることを呼びかけています［8］。

資料を読むなら

SPring-8の研究成果の解説（日本語）では、電池の中の膜の話が読めます［3］。劣化の原因は資料で重みが違うので、読み比べると、どこが分かっていて、どこがまだ議論なのかが見えてきます。

今日できること

朝と就寝前の残量を1週間記録し、1日の使用量を求める。朝100%、夜40%なら使用量は60%（0.6サイクル/日）で、500サイクルを仮定すると500÷0.6≒830日（約2年3か月）になる。1000サイクルを仮定すれば約4年半である。これは自分の1日の使い方を知るための計算であり、劣化や寿命の判定ではない。実際の機種の回数は、メーカーの日本語サポートで調べられる。ただし、サイクルの数え方は使用量の合計であり、実際の寿命は、温度や充電量によっても変わる。

併せて、充電中の端末を手で触り、温かさを確かめる。熱いと感じたら端末にそれ以上触れず、保護者などに知らせる。布団の中や日なたでは充電しない。NITEは、電池を高温下に放置しないこと、強い衝撃を与えないこと、異常を感じたら充電・使用を直ちに中止することを呼びかけている［8］。

資料を読むなら

日本語で読める一次寄りの資料として、SPring-8の研究成果No.76がある［3］。まず設定アプリのバッテリー情報を開き、メーカーの日本語サポート（Appleの充電サイクルの説明［4］、Samsungのページ［7］）と見比べるとよい。英語だが、本記事の表の原典として、Battery UniversityのBU-808も案内しておく［5］。劣化の主因の重みは資料で違うため、複数を読み比べると、確かな部分と議論の残る部分を分けて見られる。