スマートフォンは、私たちの日常生活に不可欠な一部となっています。私たちは、テキストメッセージの送信だけでなく、画像や動画の共有を通じて、他者とのコミュニケーションにスマートフォンを使用しています。また、オンラインでの様々な情報の閲覧、インターネットショッピング、日常業務の処理、動画撮影など、その他多くのことにもスマートフォンを活用しています。このようなスマートフォンの長時間にわたる使用を可能にする鍵は、電池にあります。歴史的に、携帯電話用電池として広く使用されてきた主な種類は、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、そしてリチウムポリマー電池の四種類です。

携帯電話用電池の歴史

最初の携帯電話は、1973年にモトローラ（Motorola）の研究チームによって発明されました。その後、1983年にモトローラは、世界初の商用ポータブル携帯電話であるDynaTAC 8000X（図1）を発表しました。これは、移動体通信時代の幕開けとなり、1G技術の開発を象徴するものでした。

図1 左：初期のポータブル携帯電話を使用する人々。右 – DynaTAC 8000Xの電池パック

DynaTAC 8000X は高さ 23cm、重量 907g でした。電池収納部には円筒型電池を 6 本収めることができ、6 本のニッケルカドミウム電池で構成された電池パックは最大 7.5V の電圧を出力することができました。

補足として、携帯電話用電池は機器に厳密に適合しており、電池パックは電話機が必要とする電圧を正確に供給するよう設計されていなければなりません。例えば、現代の携帯電話用電池は一般的に約 3.77V の公称電圧を持ち、日常使用における中負荷時の消費電力は概ね 3W〜4W 程度です。これに対し、DynaTAC 8000X の電池パックは 7.5V を出力しており、消費電力が著しく高かったことを示しています。

ニッケルカドミウム電池パックの総容量はわずか約 600mAh でした。30 分の通話時間のために 10 時間の充電が必要でした。さらに、ニッケルカドミウム電池には欠点があり、適切に充放電を行わないと深刻な「メモリー効果」が発生し、電池容量が低下します。これは、緊急時に長時間の通話が必要となった場合、必要に応じて充電するという使い方ができないことを意味しました。電池は安定した電流を継続的に供給できず、利用者は電池を交換せざるを得ず、電話機の携帯性が大きく損なわれました。

1990 年代には、ニッケルカドミウム電池（Ni-Cd）に代わる電源として、ニッケル水素電池（Ni-MH）が登場し、Motorola StarTAC をはじめとする携帯電話により良い電源を提供しました。ニッケルカドミウム電池とは異なり、ニッケル水素電池は「メモリー効果」が弱く、数回の完全な充放電サイクルによって解消することも可能でした。また、カドミウムを含まないため環境負荷が低く、単位体積当たりのエネルギー密度も高く、より多くの電力を蓄えることができ、サイクル寿命も長いという特長がありました。当時のニッケル水素電池には自己放電率が高い（ニッケルカドミウム電池が月 10〜20% に対し、月 30%）という欠点があったものの、日常使用の範囲ではほとんど問題になりませんでした。その結果、ニッケル水素電池の特性は携帯電話により適しており、携帯電話業界においてニッケルカドミウム電池の市場を急速に置き換えていきました。

しかし、当時においてもニッケル水素電池が最適解というわけではありませんでした。Motorola は StarTAC 向けにオプションとしてリチウムイオン電池アクセサリーも提供していました。オプション品で価格も高めであったにもかかわらず、リチウムイオン電池はニッケル水素電池よりも大幅に高い容量を有していたため（図 2）、利用者から非常に高い人気を得ていました。

図 2　ニッケル水素電池（Ni-MH）の写真

市場からの好意的な反応を受け、リチウムイオン電池の研究開発は急速に加速し、製造技術も大幅に進歩しました。容量の増加とコスト低減という両面からの推進により、リチウムイオン電池はより多くの携帯電話メーカーに採用され、携帯電話用電源におけるリチウム電池時代の幕開けとなりました。

現在、私たちの携帯電話に搭載されている電池は、改良されたリチウム電池であり、技術的にはリチウムポリマー電池と呼ばれます。リチウムイオン電池が液体電解質を使用しているのに対し、リチウムポリマー電池はより安定したゲル状のポリマー電解質を用いています。また、軽量で柔軟なアルミプラスチックフィルム包装が採用されています。さらに、リチウムポリマー電池は L 字型電池（図 3）のように非標準形状で設計することが可能で、携帯電話内部のスペースをより効率的に活用することができます。

図 3　iPhone 16 Pro の電池

リチウムポリマー電池はやや高価ではあるものの、安全性という利用者が最も重視する点において大きな利点があります。ポリマー電解質は漏れにくく、不具合が発生した場合でも、膨張・発熱・発火にとどまることが一般的です。これに対し、Samsung Galaxy Note 7（中国国内版を除く）にはリチウムイオン電池が使用されており、設計上の欠陥も重なって、世界的に電池爆発事故が多発しました。サムスンと電池メーカーの間で故障原因についての完全な一致は得られなかったものの、この事故によりリチウムイオン電池が持つ潜在的な危険性が広く認識されることとなりました。その結果、サムスンは後継機種である Note 8（図 4）から、より安全性の高いリチウムポリマー電池のみを採用する方針に切り替えました。

図 4　左：Samsung Galaxy Note 7 の電池　右：Samsung Galaxy Note 8 の電池

縮小し続ける欠点

携帯電話用電池の歴史を振り返ると、その変化は劇的です。かつては 6 本のニッケルカドミウム電池で構成されていた電池パックが、現在では薄い 1 枚のリチウムポリマー電池だけで構成されるようになりました（図 5）。物理的なサイズの縮小は極めて大きいものです。さらに、電圧も当初の 7.5V という高電圧から、現在の約 3.77V へと低下しています。リチウムポリマー電池は使用可能なサイクル寿命もより長く、長期的なコスト削減にもつながります。これらの特性を総合すると、携帯電話用電池はサイズ、消費電力、コストのすべてにおいて著しい縮小と改善を遂げてきたことが明らかです。

図 5　携帯電話用電池（ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池）

サイズが小さくなっただけでなく、現代の電池は環境汚染もより少なくなっています。ニッケルカドミウム電池には重金属であるカドミウムが含まれており、環境への影響が大きいだけでなく、リチウムポリマー電池と比べてリサイクルも困難です。リサイクル工程では重金属汚染のリスクも高くなります。

これに対し、リチウムイオン電池のリサイクルは現在大きく進展しています。技術革新により、ニッケル・コバルト・マンガンといった金属の 92% 以上を回収できるようになりました。再生材料から製造された電池は、500 回の充放電サイクル後でも 88% の容量を維持し、900 回のサイクル後でも 85% もの容量保持率を確保することができます。

成長し続ける利点

同様に、過去の電池と比べると、現代のリチウムポリマー電池は性能、経済性、携帯性のいずれにおいても大幅に向上しています。

電池性能：容量はわずか 600mAh から、現在では 6000mAh を超え、8000mAh を上回るものまで登場しています。40 年間で 10 倍以上の増加です。物理的なサイズが縮小していることも踏まえると、エネルギー密度の向上は数十倍に達し、まさに驚異的な進歩と言えます。この数値の伸びは他業界の成長と比べると控えめに見えるかもしれませんが、電池材料という基盤分野においては極めて著しい成果です。さらに、サイクル寿命も飛躍的に進歩しています。従来のニッケルカドミウム電池は数か月で使用不能になることも多かったのに対し、現在の携帯電話に使用されているリチウムイオン電池は、3 年使用した後でも 80% 以上の容量を維持できます。特に、電池への負荷が大きいとされる急速充電が広く使われている状況を考えると、この性能は非常に優れています。メーカー純正の充電器よりも低出力の充電器を使用した場合、3 年後の容量保持率が 90% を超えることもあります。

現代の電池

最新の Apple iPhone 17 Pro Max（eSIM 版）には、5088mAh のリチウムイオン電池（中国版は 4832mAh）が搭載されており、Apple のスマートフォンとして初めて 5000mAh を超える電池容量を実現しました。iPhone X 世代以降、Apple は 2 つのリチウムイオン電池セルを組み合わせた革新的な電池レイアウト（図 6）を採用し、筐体内部の限られたスペースを最大限に活用する設計を行っています。この L 字型のデュアル電池構造と、継続的なエネルギー密度の向上により、Apple は薄型デザインを維持しながら、電池容量を着実に増加させることに成功しています。さらに、電力効率向上への取り組みはハードウェアだけにとどまらず、iOS の最適化も重要な役割を果たしています。高い消費電力が求められる機能や高リフレッシュレート表示を搭載しながらも、1 日中使用できる電池持ちを実現しています。

図 6　iPhone X の内部構造図

しかし、この機種の電池容量は 2716mAh に過ぎず、iPhone 8 Plus の 2675mAh と比べてもわずかな増加にとどまりました。この設計により、それまで活用されていなかった内部スペースを利用できるようになったものの、2 つの電池セルを使用するためには 2 つの電池モジュールが必要となり、そのモジュール自体が追加のスペースを占有するという問題がありました。

前述のとおり、リチウムポリマー電池の利点のひとつは、カスタム形状で設計できる点です。そのため、iPhone 11 Pro シリーズ以降、Apple は L 字型のカスタム電池セルを採用しました。iPhone 11 Pro Max は 3969mAh という驚異的な電池容量を実現し、iPhone XS Max の 3174mAh より 800mAh 以上も大容量となりました。この世代は、Apple の歴史の中で最も電池容量が大きく増加したモデルとなりました。

実際には、その後の iPhone 12 Pro Max では電池容量が 3687mAh にわずかに減少しており、薄型・軽量化を優先するために電池サイズを妥協したことがうかがえます。iPhone 11 Pro Max の登場から 6 年を経て、Apple はようやく 5000mAh を突破することに成功しましたが、これは電池材料の進化と密接に関連しています。

近年（2023〜2025 年）携帯電話の電池容量が増加した理由を知りたい方は、

「携帯電話の電池容量増加の秘密：シリコンカーボン負極」

をご参照ください。

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