スマホの充電器に差しっぱなしは電池が劣化。過充電は誤り。

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i-phoneなど、充電器に差しっぱなしにする方は多いと思われますが、ずっと充電器に差しておくとどんなことが起こるのかについて、ご存じでしょうか。

まず、よくネット記事などにある「充電器に差しっぱなしだと、過充電となり危険というのは誤り」です。

充電器に差しっぱなしだとしても、スマホ側で電圧制御するため、過充電になることはありません。とはいえ、追い充電はされるため、電池は少し劣化しやすくなります。

この記事では、「過充電とは?」「充電器に差しっぱなしだとなぜ電池が劣化するのか?」「電池の減りを抑え、長持ちさせるにはどうすればよいのか?」について電池技術者の私が解説したいと思います。

過充電とは?

まず、リチウムイオン電池(リチウムポリマー電池)が、動作する電圧範囲はご存じでしょうか?

一般的には、動作する電圧範囲は、充電側は4.2V、放電側は2.5Vで、電池設計されています。また、スマホやパソコンなどでは、メーカーにもよりますが、電池が劣化しないように、例えば充電側は4.15V、放電側は3.0Vと少し電圧範囲を絞って電池を使用していることがあります。図で表すと下記のようなイメージになります。


このようなリチウムイオン電池が動作する電圧範囲において、過充電は、電池設計の満充電4.2Vを超えて充電されることを言います。つまり、4.2Vを超えて、5Vや10Vと、電圧がどんどん上がって充電されるのが過充電となります。図で表すと下記になります↓

なぜ過充電が危ないのかというと、正極側の電位がどんどんと高くなり、電解液が加速的に分解されていくのと、負極表面上では正極からのリチウムを受け入れきれずに金属Liが析出されていき、異常発熱するためです。過充電対策が電池内部(CIDなど)や外部回路で取られてない場合は、最悪、発火や爆発してしまいます。


一方、スマホを充電器に差しっぱなしにすることは、スマホが制御する最大指定電圧(例えば4.15V)を維持することになります。つまり、電圧は制御する値より大きくならないため、過充電にはなりません。一定の電圧を維持するため、電池が減ってきたら追い充電をすることになります。図で表すと下記のイメージになります


※補足:電池の発火について
電池の発火事故の多くは、電池内部に金属異物が混入していたり、電池が変形などのダメージを受けたりした際の、内部短絡が主な要因となっています。これは市場不具合品などの症例から分かっている事実となります。スマホには、過充電保護回路を設置しているものが多いと思うので、過充電で燃えるということは、めったにありません。

充電器に差しっぱなしだと、どうなるのか?

スマホを充電器に差しっぱなしにしても、過充電にならないので、危険ではありません。しかし、電池が少し劣化しやすくなります。その理由について解説したいと思います。

まず、電池が劣化しやすい状況は「①温度が高いと劣化しやすい、②電圧が高いと劣化しやすい、③充放電を繰り返すと劣化しやすい」ことになります。これは、色々な論文や教科書に記載されている電池分野では一般的なことです。

充電器に差しっぱなしにするということは、追い充電により電圧が高い状態を維持することになるので、②の点で、少し劣化しやすくなります。

充電器に差しっぱなしで電池が劣化すると、どんな影響がでるのか?

先ほど、説明したように、充電器に差しっぱなしにした場合は、追い充電により電圧が高い状態を維持することになり、少し電池が劣化しやすくなります。それが、なぜかというと、大きく分けると「電解質の分解」、「正極材料の劣化」の2つがあります。また、これにより、どのような影響がでるのかについて、解説いたします。

電解質の分解

リチウムイオン電池には電解質(液体)、リチウムポリマー電池には電解質(ゲル状)が含まれています。これは、正極と負極とで、リチウムイオンをキャッチボールする際に必要になります。しかし、電池電圧が高いと、正極電位が高いため電解質が酸化分解されやすく、また、負極電位は低いため電解質が還元分解されやすい状態となります。電解質が分解されると、CO2やメタンなどのガスが発生して電池が膨らんだり、リチウムイオンのキャッチボールがしにくくなったり(>液抵抗増加)、正極や負極表面に分解物が体積して抵抗層になったりします。また、電解質の分解時には、リチウムイオンを消費するため、キャッチボールするリチウムイオンの量が減ってしまい、電池容量低下にもつながります。

正極材料の劣化

高容量なリチウムイオンを用いた電池には、ニッケルやコバルトやマンガンなどのレアメタルが、正極に使用されています。これらの正極材料は、電圧が高い状態で保存すると、正極の活物質(数十~数百um)の表面が割れたり、導電性が悪くなったりします。これにより、正極の抵抗が高くなったり、正極の活物質内で活性リチウムが増えるため、電池容量低下につながります。

抵抗増加するとどうなる?

電解質の分解や正極材料の劣化で抵抗が増加すると、充電中やゲームなどのアプリ使用中に、スマホが熱くなりやすくなります<。また、スマホが熱くなると、電解質の分解や正極材料の劣化もさらに加速されるため、電池はより劣化しやすくなってしまいます。

電池の減りを抑え、長持ちさせるには?

ここでは、電池の減りを抑えて、長持ちさせる方法を、電池技術者の目線からお伝えしたいと思います。

ポイントは、4つあります。

①充電は適正な温度(25~35℃)で行う。急速充電はできるだけ控える。

25℃~35℃が充電に適正な温度です。特に電池が劣化してくると、充電するだけで、40℃~50℃くらいに上がってしまうことがありますので、温度上昇により、さらに電池の劣化が進んでしまいます。また、充電時間が短くて便利な「急速充電」は、電池温度が急激にあがってしまうため、電池の劣化に繋がりやすく、やりすぎは注意です。

このような充電での温度上昇の対策としては、放熱性を上げるアイテムが良いです。バッテリマネジメント工学という本に載っていますが、リチウムイオン電池は、「温度が15℃あがると、電池の劣化は2乗倍加速する」と言われています。これより、電池の温度をあげすぎないことが、いかに電池を長持ちさせるのに大事かが分かると思います。

下記商品は、発熱時の電池温度を-5℃下げることができるスマホの放熱性を上げるケースです。電池寿命でいうと、最大26%向上させることができます(常に-5℃というわけではなく、充電や放電での発熱時なので、最大という表現をしています)。少しお値段は高いですが、電池を長持ちさせたい人にはおすすめします。iphone11以外に対応したケースも、下記リンク先で商品選択で確認することができます。

下記はノートパソコン向けの冷却アイテムです。ノートパソコンの下に置いて、傾きがちょうどタイピングをしやすい角度にし、さらに、ノートパソコンの下側に空気が通るスペースを空けて、冷却をスムーズに行うものです。45gと軽いので、持ち運びもできるので便利な冷却アイテムでおすすめです。

最後に、スマホやパソコンを充電する際は、10℃以下など、非常に温度が低い状態で充電してしまうと、負極上にリチウムが析出して電池が劣化したり、不安全になってしまうので、低すぎる温度における充電も注意が必要です。

②ゲームなど、スマホが熱くなることを長時間する人は、ペルチェ冷却を使う

スマホゲームやパソコンゲームなど、機器が非常に熱くなることを長時間行う人は、 冷却ケースよりも、ペルチェ冷却でがっつりと冷やすのが、電池にとっては良いです。ペルチェとは電流を流す方向によって、あっためたり、冷やしたりできる素子のことであり、最近、ペルチェ素子を用いた冷却アイテムが広がっています(首掛けクーラーにも使われたりしています)。

メリットは、冷却ケースなどより、がっつりと冷やすことができる点です。デメリットは、ペルチェ素子用に電源が必要なところです。私は、イービルハンタータウンというスマホゲームにはまっているので、ペルチェ冷却の商品を毎日使っています。使い勝手は良いです。

ノートパソコンにもペルチェ冷却の商品はあります。私はブログを書くだけに使っているので、そこまで温度対策が必要ではないため、使ってはいないです。ゲームや画像編集などされる方にはあった方が良いと思います。

③スマホを使わないときは、できるだけ涼しい場所に置いておく

スマホを使わないときは、できるだけ涼しい場所に置いておくのが良いです。温度が低いと、保存劣化がしにくいため、電池が長持ちします。電池だけを考えると、冷蔵庫や冷凍庫にいれておくと、劣化を非常に遅らせることができますが、結露等でスマホ自体が故障してしまうリスクがあるため、おすすめはしません。日陰や風通しの良い、比較的涼しい位置に置くことを心がけるのが良いです。

④電池は使い切らずに、こまめに充電する

リチウムイオン電池は、電池を使い切ってから充電するのではなく、こまめに充電するのがおすすめです。ニカド電池やニッケル水素電池はメモリー効果(中途半端に充放電すると容量が減る)がありますが、リチウムイオン電池にはメモリー効果はありません。むしろ、高容量なリチウムイオン電池は、負極にSiを混合していることがあり、放電しきると、電池が劣化しやすくなることがあります。あと、最も電池が長持ちするのは、残量が30~70%で充電したり放電したりすることですが、そこを狙うのは難しいため、こまめに充電するのが良いと思います。

さいごに

iphoneなどのスマホバッテリーは充電器に差しっぱなしでも安全?危険?かについて、電池技術者が解説させていただきました。

差しっぱなしでも、過充電の心配はなく、危険ではないですが、追い充電により常に電圧が高い状態が維持されるため、若干、電池の抵抗増加やリチウムイオンの量が減少し、電池の減りが早くなります。

電池の抵抗増加は、充電中やゲームなどアプリ使用中に、スマホが熱くなりさらに電池が劣化することになりますので、冷却アイテムを活用するなどの対策が大事だと思います。

参考いただけたらと思います。

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