リチウムイオン電池の寿命-平均寿命、劣化、理由

他のバッテリー技術と同じように、リチウムイオンバッテリーは永遠に続くわけではありません。しばらく使用すると、元の容量を失い、最終的にはエネルギーを長期間保持する能力を失います。バッテリーの持続時間は、使用習慣、取り扱い、およびこの記事で説明する他の多くの要因に大きく依存します。

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、大きな電池容量を小さな電池シェルに圧縮できるため、主にモバイル電子機器に使用されています。一方、この高いエネルギー密度により、充電中に電話が過熱しやすくなります。ただし、電池メーカーはこの問題を徐々に段階的に廃止しています

リチウム電池の平均寿命はどれくらいですか？

ほとんどのリチウムイオン電池の平均寿命は、電池を搭載したデバイスの使用方法にもよりますが、2〜3年です。ほとんどのバッテリーは、充電サイクルが300〜500のときに最高のパフォーマンスを発揮するように設計されています。500回の充電サイクルを超えると、ほとんどのバッテリーは充電を長時間保持できなくなります。

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バッテリーの寿命に影響を与えるいくつかの理由は次のとおりです。

• バッテリーの充電習慣：バッテリーの充電方法は、バッテリーの持続時間に大きな影響を与えます。悪いバッテリー充電習慣の1つは、バッテリーが0％まで消耗したときにのみバッテリーを充電し、常に80％を超えて充電することです。より多くの充電サイクルを得るには、常にバッテリーが20％から80％の範囲内にあることを確認してください。必要な場合にのみ80％を超えて充電してください。

• バッテリーを使用したデバイスの取り扱い方法：スマートフォンを高温の環境に置いたままにすると、バッテリーが過熱し、最終的にバッテリーの寿命全体に悪影響を及ぼします。バッテリーを最大限に活用するには、常にデバイスを室温内の場所に保管してください。たとえば、晴れた日にスマートフォンを車の中に置いたままにする理由はありません。

• 1日あたりのバッテリー使用量。デバイスを長時間ノンストップで使用すると、過熱につながることがよくあります。高温はバッテリー寿命の敵であることを忘れないでください。デバイスのバッテリーを増やしたい場合は、必要な場合にのみ使用してください。多くの電力を必要とするタスクを実行する必要がある場合は、そのようなタスクの間に常に間隔を空けて、デバイスのバッテリーに過度のストレスがかかり、最終的には加熱につながるのを防ぎます。

• 習慣の使用：たとえば、充電中にデバイスを使用すると、電子がさまざまな方向に急速に移動し、最終的には高い内圧と過熱につながります。ほとんどの場合、バッテリーの内部温度が高いと、バッテリーが電力を保持するための全体的な容量が減少します。
  

リチウム電池は時間の経過とともに劣化しますか？

はい、リチウム電池は、使用していないときでも時間の経過とともに劣化します。たとえば、電話の電源を切り、約5年間どこかに保管したとします。バッテリーがその容量のかなりの量を失ったときにあなたは見つけるでしょう。バッテリーの状態が95％の場合、5年後には使用しなくても約90％以下で見つけることができます。バッテリーは、製造された瞬間から自動的に容量を失い始めます。

リチウムイオン電池の寿命を縮めないように、完全に充電された状態で保管しないでください。完全に充電されたバッテリーは多くの内圧を発生させ、それがカソードやその他の内部部品に損傷を与えるため、時間の経過とともに容量が減少します。研究によると、100％充電して保管されたリチウム電池は、1年後にその容量の最大20％を失うことになります。

バッテリーを保管する最良の方法は、バッテリーが50％または最大60％のときです。このような充電を行うと、バッテリーの内部圧力が適度に低くなり、最終的には内部部品の損傷率が低下します。 50％の場合、バッテリーの容量の一部が失われますが、バッテリーを100％で保管した場合の損失と比較すると、損失はごくわずかです。

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リチウム電池が悪くなるのはなぜですか？

電池は使用中に時間とともに消耗します。これがこの背後にある科学的理由です

バッテリーの充電中、リチウムイオンはカソード（正極）からアノード（負極）に移動し、電圧差を生じさせます。使用中、これらのリチウムイオンは反対方向に移動します。電荷によって生じた電圧差によるアノードからカソードへ。

これらのイオンの絶え間ない動きは、固体電解質界面と呼ばれるバッテリーのアノードプレート上に膜を形成します。このフィルムにはリチウム原子が含まれています。電解質酸化膜として知られる別のタイプの膜も、バッテリーを充電するほどカソードの側面に形成されます。

バッテリーがますます充電サイクルを経るにつれて、これらの2つの膜は成長し続け、したがってカソードとアノードの間のリチウムイオンの一部の動きをブロックします。カソードとアノードの間を移動できるリチウムイオンがますます少なくなると、バッテリーの容量も減少します。これは、1日持続していたバッテリーが6時間未満持続するのを見始めたときです。

これらの2つのフィルムの形成速度を減らす方法は？

カソードでの電解質の酸化は、バッテリーが高電圧（4.1V以上）に保たれている場合にさらに発生します。これは通常、バッテリーの充電量が95％を超えている場合です。一方、アノードでの固体電解質界面膜の形成は、バッテリーが非常に低い電圧（3V未満）に保たれている場合に多く発生します。これは通常、バッテリーが20％未満の場合です。

バッテリーの寿命を延ばすには、ほとんどの場合、バッテリーが常に20％を超え80％未満であることを確認して、これらの膜がカソードとアノードに形成される速度を減らします。短期的にはこの影響は見られないかもしれませんが、バッテリーをその範囲内に保つと、ほとんどの場合、バッテリーに限界までストレスをかけるよりも、バッテリーの充電サイクルが少なくとも10％多くなります。