（０８）希望鋰離子電池更持久一些需要注意的事項
在網路上經常可以看到關於電池各式各樣的資訊，其中最常看到的話題之一就是「電池壽命」相關的討論。
好比說：有沒有延長電池壽命的方法？充電方法有沒有甚麼需要注意的地方．．．等等。這次就想針對電池壽命與電池劣化的各種訊息，以參與電池評價人員的立場把我所看到的事項整理出來。此外，由於近來手機與電動車等等產品使用的電池大多是「鋰離子電池」，所以本文就會以這種電池作為討論的前提來往下介紹。
讓電池劣化的兩個主因
電池的劣化大致可以分成兩種：「通電劣化」與「經時劣化」。
在日常中使用電池、反覆進行充電．放電造成的劣化，都算是「通電劣化」，至於沒有使用電池、只是放置而隨著時間過去劣化的稱為「經時劣化」。其實在電池中這兩種劣化現象都是同時進行的。
最近在社群網站上經常會看到「電動車開了ＯＯ公里之後，電池容量就會劣化ＸＸ％」的留言，但這種寫法必須要特別小心注意。好比說，就算是開同樣的距離，因為怎樣的駕駛方法會造成多少的「通電劣化」？在那些環境溫度下開了多少時間會造成多少「經時變化」？都會造成電池整體狀態的不同。
所以上述的寫法完全看不出來開了多少距離後電池是被哪些劣化因素造成的過程，此外用容量％數來表示電池的劣化程度也可能不太適當，因為一般家庭充電時的容量、甚至電動車的推定行駛距離本來就不是單純根據電池容量來計算的，各種資料的信賴性經常都是難以確定的。只能說這些資料純粹只到參考程度而已，因此我會建議正確的電池劣化狀態要根據各製造公司或評價設施利用適當的手法測量出來的結果來判斷才好。
以下也會一面列舉經常聽到的電池使用方法或疑問，依序解說下去。
熱與壽命
電池受熱會導致壽命縮短？ 答案是（〇）
電池的壽命變短，換句話說就是電池劣化的問題，就是電池內部引起的化學反應造成的。因為一般的化學反應都是溫度越高、反應速度越快，所以在電池上使用環境的溫度越高，劣化也是進行得越快。
因此，在炎熱天氣下猛操產品、造成電池溫度升高的使用方法最好是少用為妙。
最近的智慧型手機大多可以使用無線充電的功能，但是考慮到內建充電線圈造成的發熱影響，建議是勤快確認充電狀態並拔除充電裝置，不要一直插著。
並不是單純將電池冷卻就好
將電池冷卻可以抑制劣化的速度？ 答案是（△）
如前所述，與電池劣化相關的化學反應是在高溫環境下速度加快，因此施加適當的溫度管理、不要讓電池過熱的確是可以抑制電池的劣化。一部分（譯註：現在基本上是全部了）的電動車都會內建電池冷卻裝置（溫度管理裝置，將電池溫度維持在適合操作的範圍）以防止電池過熱，也是因為如此。不過，如果急速冷卻正在發熱的使用電池產品，反而有可能會導致結露而產生其他不良問題，因此如果電池是在一般使用環境下操作，建議並不用匆匆忙忙冷卻，而是依照說明書的使用建議，一面減輕電池的使用負擔、一面讓產品自然冷卻即可。
低溫與劣化
常常覺得天冷的時候電池的狀況也比平常差，是不是說低溫也會造成劣化？答案是（△）
的確在低溫環境下電池的操作狀況會變差，讓人懷疑是不是電池劣化了，但低溫下感覺電量變少的現象只是一時的而已。因為電池在冷卻時內部電阻會變大，才造成本來應有的電量無法全部發揮出來。因此才會讓人覺得實用上好像電池劣化了，但是只要回到室溫狀態，電池的電量就能正常發揮了。
只不過，在低溫環境下還是要特別注意「充電」的方式比較好。替低溫下的電池充電，容易出現本專欄介紹過的「金屬析出」現象。而金屬析出正是電池壽命簡短或內部短路的重要原因之一。因此在寒冷處充電，還是要盡量避免大電流急速充電，以降低對電池的傷害。
電量完全用盡後才充電？
電池不要在使用中「補充充電」，而是要將容量用到完全用完的０％為止在充電比較好？答案是（×）
這種說法是在鋰離子電池普及之前，主要使用鎳鎘電池的時代流傳下來的，現在就不太建議這樣用。因為以前的充電電池會有所謂的「記憶效應」，如果在電池容量沒有完全用盡、而是剩餘一點電量下再度進行充放電，就像是電池會記住前一次剩下電量做為下一次的電量極限一樣，而讓電池性能降低到只有前次電量附近的程度。然而一般的鋰離子電池並不會出現這種「記憶效應」，完全沒有必要把電量全部用盡才充電。
此外，將電池電量用到完全沒有的０％雖然不會馬上造成甚麼問題，但如同本專欄第一篇提過的這有因為「自我放電」現象造成「過放電」的風險性存在，請務必小心。
為何鋰離子電池會膨脹？何謂讓電解液劣化的「過充電」與「過放電」？
使用中「補充充電」對電池不好？
過於頻繁「補充充電」會造成電池壽命變短？
如前所述，一般來說鋰離子電池並沒有「記憶效應」，只要在正常的使用規格內操作，不管甚麼時候充電、充多少次，都不會有大問題。不過根據充放電的方法，還是可能影響電池的利用效率或壽命。
根據評價電池特性的報告（如＊１），就算是同一種電池，也會因為使用的方法造成壽命的差距。下表就是如何使用造成電池下降到容量維持率９０％（從電池出廠電量到劣化１０％的狀態）的比較表。
＊１：ResearchGate - Modeling of Lithium-Ion Battery Degradation for Cell Life Assessment.：https://www.researchgate.net/publication/303890624_Modeling_of_Lithium-Ion_Battery_Degradation_for_Cell_Life_Assessment
在上表中，是將充電．放電的過程算是一次充電次數（循環），然後將使用電池容量範圍百分比對上充電次數做出來的比較。好比說電量使用範圍是１００～２５％，就是先將類似智慧型手機的產品充滿電到１００％後，再使用到只剩電量的２５％，當作是一次「充電次數（循環）」。之後就是反覆進行以上過程，直到電量用到９０％為止。
從這個表中可以看到，單純只比較充電次數的話，換句話說就是反覆通電的次數，電池使用容量範圍越窄時，就像實際使用上頻繁充電一樣，要到達容量維持率９０％以下的次數就越多。
不過實際去比較充放電總能量的話，結果就不太一樣了。使用容量範圍在７５％～６５％之間，將之換算到全範圍的１００％～０％的充電次數上，相當於只有９００次循環次數。相反地，使用容量範圍８５％～２５％的狀況下，就可以使用到１２００次；至於在７５％～２５％這一組，甚至可以用到１５００次。從這裡就可以看出來，就算是同一種電池，實際在利用上也可能會因為電池的利用總能量的不同，造成反覆充電次數有很大的差別。
從相反的角度來看，就算用到了同樣的能量（總電量１００％），比起以７５％～６５％的１０％範圍內重複充電１０次來說，還不如７５％～２５％的５０％範圍內重複充電兩次（＝５０％ｘ２），對於電池的負荷比較小，壽命也會有較長的傾向。像這樣電池中可以使用總能量的差距，是很多種不同的要因組合起來造成的。
其中最大的要因之一就是「電解液的分解」。電解液的分解反應是在電池剩餘容量越高、也就是越接近１００％的狀況下，有越容易發生的傾向。因此不太吃電池電量而頻繁補充放電的話，就讓電解液容易發生分解狀態的時間變成，恐怕就會給電池壽命帶來不好的影響。
另外還有一個很重大的要因，則是「活性物質的反應」。就像本專欄解說過不少次一樣，活性物質大多是在充放電中讓鋰離子進出，而出現多多少少的膨脹或收縮的體積變化以及結晶構造的變化。但是這些活性物質的反應變化並不一致，是根據活性物質的種類或電池容量範圍，而有不同的舉動。
如果負極活性物質是使用一般的石墨、電池容量在６０～７０％範圍左右的話，會有１０～２０％的範圍會發生構造變化，所以如果通過這個電量範圍越多次數的話，就越容易造成負極的損耗，很有可能造成電池壽命低下的風險。
在正極活性物質中，也會根據含有金屬的種類（鎳、鈷、錳等等）、結晶構造造成的反應電壓、也就是使用的電池容量範圍產生不同的反應差異。也是這樣，如果太過頻繁補充充電、集中在特定的容量範圍使用的話，就會劇烈消耗反應點在該範圍的活性物質材料、給予很大的負荷，同樣會使得電池的壽命變短。
話雖如此，要一般使用者日常使用電池搭載產品時考慮電池內含材料的反應點、進行充放電的狀態管理，實在也太過不切實際。但只要牢記以下兩個大方向，在現實上不要過度使用在不合理的範圍下，電池就不會有大問題。
電池剩餘容量接近１００％的時間是越短越好。
避免在太小的容量範圍內頻繁補充充電，而是盡量使用在較大的容量範圍之間。（大約是７％～２５％左右）。
一面使用一面充電的影響為何？
一面充電一面持續操作會讓電池的壽命縮短？答案是（〇）
一面充電一面操作，都很容易陷入之前有介紹過的「高負荷下發熱」、「長期維持在電池剩餘容量接近１００％的狀態」的範圍，並不是很令人期望的狀態。最近很多產品常常會設計成在充電時不會造成太大負荷，很明顯就是避免發熱的問題，因此最好不要一面充電一面操作。
［總結］
使用上避免讓電池過度發熱（熱天下猛操、一面充電一面使用）
避免在讓電池容易感受到比平常狀況差的低溫狀態下充點（特別是大電流充電）
盡量縮短讓電池剩餘容量接近１００％的時間
避免頻繁補充充電，盡量讓電池容量使用範圍大一點比較好
以上雖然總結了各種使用電池的原則，但鋰離子電池會因為使用材料的各種組合而造成特性大不相同，也會因為種種的使用條件造成劣化傾向有所不同。而且隨著電池技術日益進步，關於劣化的各種問題也有持續慢慢改善。因此請大家注意本篇介紹的內容，只不過是現在這個時間點的一般論之一而已。
此外，日本科學技術振興機構的低碳社會戰略中心整理了電池種種劣化傾向的論文，在這份報告中是將「正極活性物質」（三元、ＬＦＰ）、「負極活性物質」（石墨、ＬＴＯ）、「溫度」、「電流值」、「容量範圍」對劣化現象的影響，從各種論文中節錄重點整理而成的，內容上更加專門深入一些，有興趣的人不妨參照以下連結研究看看。
https://www.jst.go.jp/lcs/pdf/fy2019-sr-01.pdf
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