2016.12.14
アップルデバイスに搭載される、さまざまなテクノロジーをディープに解説！
読む前に覚えておきたい用語
保護回路
リチウムイオン電池はエネルギー密度が非常に高く、かつ可燃性の電解質を用いていることから、さまざまな2次電池の中でも特に厳格な管理が求められる。保護回路はバッテリセルの状態などを常時監視し、異常があればただちにバッテリを回路から遮断する。またラミネート材の一部の強度が意図的に弱めてあり、膨張の際に安全弁の役割を持たせることで爆発を防ぐ。
電池のセル構成
iPhoneやiPodなどは「シングルセル」と呼ばれる1セル構成になっているが、容量の大きいiPadなどでは複数のセルを並列接続して容量を増やしている。またMacBookシリーズではこれをさらに直列接続して電圧を高めて使用しており、2セル直列2セル並列（2S2P）の4セル構成、あるいは3セル直列2セル並列（3S2P）の6セル構成が採用されている。
リチウムイオン電池
リチウムイオン電池に充電を行うと、電解液中のリチウムイオンが正極からセパレータを通過して負極へと移動し、時間とともに負極に蓄えられる。充電後に電力を消費するものを接続すると負極に貯められたリチウムイオンが再び正極へと戻り、その際に両電極間に電力が発生する。これがリチウムポリマー電池を含む、リチウムイオン電池に共通する動作原理だ。
大容量で高出力なリチウムイオン電池
リチウムイオン電池は、高性能2次電池（充電池）の一種で、アップル製品では1995年発売のPowerBook 5300のバッテリに初めて採用され、長らくPowerBookシリーズの電源として採用されてきた。2006年発売のMacBook以降、リチウムイオン電池はリチウムポリマー電池に置き換わり、現在ではiPhoneやiPad、iPodなどの携帯デバイスはもちろん、すべてのMacBookシリーズのバッテリにリチウムポリマー電池が採用されている。
リチウムイオン電池が電解質に有機物の電解液（液体）を採用しているのに対して、リチウムポリマー電池は電解質に高分子ポリマー（ゲル）を採用しており、形状の自由度が高いのが特長だ。エネルギー密度（体積比）はリチウムイオン電池のそれと比べて若干低いが、リチウムイオン電池には必須の金属ケースがリチウムポリマー電池では不要になるため、重量あたりのエネルギー量は同等もしくは上回っていること、さらに形状を自在に加工できることなどから実装密度も高く、薄型化に適しており、特にスマートフォンやタブレットなどの携帯デバイスには欠かせないエネルギー源となっている。
リチウムポリマー電池の内部は、アルミニウム箔の正極とそこに塗られたリチウム金属酸化物の正極活物質、銅箔の負極とそこに塗られた炭素などの負極活物質と、その間に電解質を含むポリマーとセパレータを挟んだ構造になっている。その薄さはわずかに数十ミクロン。これを何層にも折りたたんで積層し、アルミニウムでラミネートしたフィルムなどの外装材で密閉される。充電時には正極から放出されたリチウムイオンがセパレータを抜けて負極に集まることでエネルギーが蓄積され、放電時には負極から正極にリチウムイオンが戻ることで電気エネルギーが電極に放出される。これがリチウムイオン電池の動作原理だ。充放電を繰り返すと充電容量が減少するが、一般的には容量が製造時の半分に低下した点を寿命とし、およそ500～1000回程度のサイクル寿命（充放電回数）とする製品が多い。
