iPhoneのバッテリー構造(リチウムイオンバッテリー)

皆さんが毎日何気なく使用しているiPhoneですが、そのiPhoneに使用されているバッテリーに関心を持ったことはありますか?私達修理屋は修理時に使用をすることなどがあり、一般のユーザーの方に比べ直接バッテリーに触れる機会も多いと思われます。又、その中でバッテリー交換前の元々お客様の端末についているバッテリーで膨張している物等も見たことがあると思います。
ではなぜバッテリーが膨らんでしまうのかを考えたことはありますか。今回はそちらを含め、バッテリーの構造や危険性に関してのご説明をしたいと思います。

 

2次電池とは?

まず、2次電池と言うのをご存知でしょうか。
これらは複数種類があり、車やバイクのバッテリーに使用されている鉛蓄電池や
iPhoneに使用されているバッテリーの種類ですが、こちらは“リチウムイオンバッテリー”と言うものが使用されております。
近年このリチウムイオンバッテリーは一般化され、今やモバイルバッテリー等の物にも使用されておりその名前を聞いたことがあるという方が殆どでしょう。
乾電池やパソコンで使われるニッケル水素電池などと比べ、リチウムイオン電池は、電池としての容量が大きく、ひとつの発電ユニット(セル)あたりでも3.6Vと、それまでの電池と比べ3倍ほど高い電圧を発生することが出来ます。これにより、例えばパソコンで利用するなら、より長時間の駆動が可能になり、携帯なら、いっそうの小型化に寄与してきました。また、充放電を繰り返すと発生する、電圧が低下する「メモリ効果」が原理的にはなく、性能低下も少ないといった優秀な点が非常に多い2次電池となります。

 

リチウムイオン電池の危険性

その半面、リチウムイオン電池は充放電の管理が難しく、温度、電圧、電流などを細かにコントロールして充放電する必要があるのです。それを守らないとどうなるかというと、簡単にいって発火してしまいます。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

リチウムイオン電池の構造と反応式。(社)電池工業会より

 

 

 

 

上記画像がリチウムイオンバッテリーの分解図となります。iPhoneのバッテリーも大まかな構造は一緒なのでこちらの画像を使用させていただきました。リチウムイオンのバッテリーに使用されるリチウムという物質は水と反応すると水素を発生するので危険なのです。(水素は燃えやすいので)その為、バッテリーの電解液には、水ではなく有機溶剤をしているのです。これが高電圧を発生する要でもあるのですが、過充電を行なうと、負極に電解液中に溶けたリチウムイオンがくっつきすぎて、金属リチウムとして成長します。これが針の様な役割をはたし、負極と正極の間にあるセパレーターと呼ばれる絶縁シートを突き破り短絡(ショート)してしまうのです。すると当然そこで発熱が起こり、正極のリチウムを含んだリチウム金属酸化物の結晶が崩壊し、次々にリチウムを放出する“熱暴走”と呼ばれる事態に発展してしまうのです。このように、リチウムイオンバッテリーは実はとても不安定な物なのでルールを守らないと簡単に発火してしまいます。
この為、バッテリーユニットの中には、常に個々の電池の温度を監視するセンサーや、過電流監視センサーなどが組み込まれており、パソコンや携帯電話側、または充電器で充放電をコントロールするようになっています。
これによりリチウムイオンバッテリーはそう簡単に発火したりするものではないですが、製品付属のものでない充電器を使ったり、メーカー製でないバッテリーを使うと、端末が炎上したりということにもなりかねないのです。

 

 

同様に、たとえ正しい充電方法をしていたとしても、バッテリーに衝撃を与えてしまったり、傷をつけると、絶縁のセパレーターが破損してショートが発生します。
バッテリーを使用する温度条件によっては、それだけで熱暴走が発生する可能性が十分あります。又、メーカーが正しい充電法や使用法を勧めているのには、上記で説明したことが起こりうる可能性があるからなのです。

 

 

Galaxyはバッテリーが原因でちょいちょい炎上ニュースが流れてますよね・・・・・

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

サムスンのGalaxyNote7が爆発してジープが炎上、FAAが飛行機内への持ち込み時には電源オフを勧告

 

Samsung、Note 7爆発の原因はバッテリーという当然の結論

 

ではなぜ、リチウムイオンバッテリーが膨張してしまうのかというと、ここまで見ていただいたように、使用状態や経年変化により内部の電解液が気化してしまい、その気体が外へ逃げることが出来ず膨張してしまうのです。ですが、それでイコールなんらかの事故につながるかというと、実はそうでもないのです。
その理由は、例えば携帯電話の積層型バッテリーの場合、フィルムで電極とセパレーター、電解液を封じ込められております。そして内部の圧力が一定を超えると、フィルムの接合部が破断し、ガスが外部に放出されるという最終安全装置が備えられているのでこれもまた、そう簡単に爆発することはないのです。

 

バッテリーは丁重に扱いましょう

以上のように危険とは言え、様々な方法でユーザーが安全に使用できるような仕組みが施されております。しかし、それにより100%事故が起きないかと言うとそうではありません。なので、最後は機械に頼るのではなく使用するユーザー1人1人が多少なりとも知識を備えておき、ルールを守りながら使用するのが一番安全ではないかと私は考えます。この記事の内容を踏まえて次回は弊社で仕入れているiPhone6sのバッテリーと純正品の違いをご紹介していこうかと思います。