なぜ古いスマホのバッテリーは膨張するのか？

見覚えがある方、教えてください。

ついに新しいスマートフォンを手に入れました！古いスマホはまだ使えるので、「バックアップ」として引き出しの奥深くにしまいこみ、その存在をすっかり忘れてしまいました。一年後、引き出しを整理していた時、手が何かにぶつかりました。恐ろしいことに、あの古いスマホは、バッテリーが膨らみすぎて端からスクリーンを押し上げています。一体何がこの忌まわしい変貌を引き起こしたのでしょうか、そしてなぜ…なぜこうなったのでしょうか？

信じられないかもしれませんが、忘れていた電子機器のバッテリーが膨張していることは珍しくありません。このブログ記事では、バッテリーが膨張する原因、膨張がバッテリーの性能に与える影響、そして使われなくなった電子機器が恐ろしい結末に見舞われるのを防ぐことを説明します。

揮発性物質のパウチ

最近のガジェットの大部分は、リチウムイオンポリマー（略してリポ）バッテリーを使用しています。リポバッテリーは、複雑な化学物質でコーティングされた薄い金属とプラスチックの密集したロールから構成されます。このロールをアルミ製の袋に入れ、ゼリー状の電解質を適量加えます。袋は真空パックされ、気密性を保つために熱で封印され、バッテリーが完成します。

バッテリー内のゲル状の電解質は重要な役割を果たしています。リチウムイオンが泳ぐための「海」のようなもので、イオンの流れがなければエネルギーの流れもなく、つまりバッテリーは機能しません。理論上、バッテリーの袋は気密であるため、ゲル電解質の量は安定しています。

残念ながら、現実は理論通りにはいきません。バッテリー内に密封されたゲル状の電解質は分解してガスを発生させることがあります。このガス（一酸化炭素や二酸化炭素が主成分）は気密パウチの中に閉じ込められ、ガスが圧力を増すとパウチが膨らみます。見た目は怖いですが、このパウチは安全機構として働き、揮発性のガス混合物が外部に放出されるのを防いでいます。

電解質の分解はほとんど不可逆的で、ガスを再びゲルに戻すことはできません。しかし、だからといってバッテリーが使えなくなるわけではありません。充電や放電を繰り返すたびに、わずかに電解質がガスに変わりますが、バッテリーは問題なく動作します。ただし、大量の電解質がガスに分解してしまうと、リチウムイオンが移動する「海水」が干上がり、バッテリーに壊滅的なダメージを与えることがあります。

このような状態は、電解液の分解と電池の膨張を加速させます。

• バッテリーが高温になる（90 °C 以上）
• バッテリーが過充電される（不良/規格外の充電器）
• バッテリーが物理的に損傷し、内部層がショートする。
• バッテリーが長期間にわたって放電された状態ー使われない電子製品のバッテリーが膨らむ原因となる。

携帯電話が嘘をつく（良い意味で)

「リチウムポリマー（Li-po）バッテリーの深放電」とは、バッテリーの電力が通常の安全なレベル以下まで減少することを指します。深放電は、バッテリーに対して非常に有害で、バッテリーの性能や寿命を大幅に低下させる可能性があります。現代のほとんどの電子機器にはバッテリーマネジメントシステム（BMS）が搭載されており、この回路がバッテリーとデバイスの間に位置し、深放電などの有害な状況からバッテリーを保護しています。

BMS（バッテリーマネジメントシステム）は、バッテリーが一定のしきい値まで放電されると自動的に電源を遮断します。デバイスのバッテリーメーターが「0%」と表示されていても、BMSはバッテリーに10～15%のエネルギーを残して、不可逆的なダメージや膨張を防ぎます。そのため、YouTubeで最新のiFixitの分解動画を観ながらスマホのバッテリーが「0%」まで減っても心配する必要はありません。バッテリーは深放電していません。すぐに充電すれば、バッテリーに重大な損傷は与えません。

消耗が激しくて、これ以上の使用不可

リポバッテリーに悪影響を及ぼすのは、長期間にわたって「0％」以下になった場合です。リポバッテリーは自然放電するため、放置しておくと深く放電されてしまいます。バッテリーが深く放電された状態で放置されると、電解質が分解してガスに変わり、バッテリーが膨らみます。これは、使用されていない電子機器で膨張したバッテリーがよく見られる理由です。また、長期間電源が切れたままのスマホが充電できなくなるのも同様で、深放電状態を検出すると、安全のためにバッテリーを「ロックアウト」する仕組みになっています。

深放電されたバッテリーが膨らむまでの時間は、バッテリーの容量、製造品質、化学成分により、数週間から数年かかることがあります。膨張していなくても、バッテリーが無傷とは限りません。パウチが気密性を失い、ガスが外部に漏れ出している可能性もあります。

オタクなよもやま話: バッテリーの層を深く掘り下げる

リポバッテリーが深放電時に膨張する特定の理由は、固体電解質界面(SEI)に関係しています。SEIは、ゲル状電解質がアノードのグラファイト層に接触する部分に形成される膜です。バッテリーメーカーが初めてバッテリーを充電する際に、バッテリー内の一部のゲル状電解質がSEIに変わります。この新しく形成されたSEIは「保護膜」として働き、残りのゲル状電解質がガスに分解するのを防ぎ、同時にグラファイト層が電解質内の溶媒によって損傷するのを保護します。

リポバッテリーが深放電されると、SEIが分解してガス化し、膨張が起こります。SEIがなければ、バッテリーの正常な動作を支える繊細な電気化学的バランスが崩れ、バッテリー内部で悪いことが起こります。電解質内の溶媒がグラファイト層に接触し、染み込むことが可能になります。また、グラファイトの背後にある銅箔が溶解し、グラファイトを通じて電解質に拡散し、それを汚染します。この汚染された電解質は、金属の「デンドライト」と呼ばれる構造を成長させ、これが多孔質の絶縁体を貫通し、局所的な電気ショートを引き起こす可能性があります。

バッテリーが膨張するのを防ぐ方法

バッテリーがすでに膨張している場合は、 以下の手順に従ってください。

リポバッテリーが保管中のデバイスで膨張するのを防ぐには、深放電を避ける必要があります。つまり、古いデバイスを定期的にチェックして充電する必要があるということです。確かに面倒に感じるかもしれませんが、負担を軽減するためのいくつかのヒントを紹介します。

デバイスに充電リミッターが付いている場合：

デバイスによっては（Dellのノートパソコンなど）、バッテリーの充電レベルを設定できるものもあります。その場合は朗報です！デバイスの充電レベルを～60％に設定し、保管中はコンセントにつないだままにしておきましょう。こうすることで、バッテリーを最適な保管状態に保つことができます。

デバイスに取り外し可能なバッテリーが付いている場合:

1. バッテリーを～80％まで充電し、デバイスから外します。
2. バッテリーの接点にテープを貼り、バッテリーが物理的に損傷しない涼しく乾燥した場所に保管してください。（非常に重要です！）
3. 半年後にチェックするようカレンダーのリマインダーを設定します。
4. 半年の経過時間後、バッテリーをインストールして、デバイスの電源を入れ、バッテリーの残量を確認します。この情報をもとに、80％充電したバッテリーが20％まで消耗するのにかかる時間を概算します。
5. バッテリーを～80％まで充電し、計算に従ってカレンダーのリマインダーを設定すれば完了です。

あなたのデバイスのバッテリーが取り外し不可能な場合:

1. バッテリーを～80％まで充電する。
2. 可能であれば、バッテリーをわずかでも消耗させる機能（「電源オフ後もデバイスを追跡できる」機能）など、全てオフにする。多くのノートパソコンやタブレットには、持ち運び、修理、サービスモードがあります。
3. デバイスの電源を切り、涼しく乾燥した場所に保管する。
4. カレンダーのリマインダーを設定してチェックする。デバイスに小型バッテリー（ワイヤレスヘッドフォンなど）が付いている場合は、2ヵ月後にチェックする。携帯電話やノートパソコンサイズの機器の場合は、4ヵ月おきに点検する。
5. 経過時間の後にデバイスを起動し、残りのバッテリー残量を確認します。この情報を使用して、バッテリーが80％から20％まで減るのにかかる時間をおおよそ見積もることができます。
6. バッテリーを～80％まで充電し、計算に従ってカレンダーのリマインダーを設定すれば完了です。