二次電池の内部抵抗

スマホの電池残量がまだ50％あるのに、急に電源が落ちた──そんな経験はありませんか。
この背景にあるのが二次電池の内部抵抗です。電池は理想的な電圧源ではなく、内部に“抵抗成分”を持っています。

しかも、この内部抵抗はSOC（State of Charge：充電状態）とも深く関係しています。今回は、等価回路の考え方も含めて整理していきましょう。

内部抵抗とは何か

内部抵抗とは、電池内部で電流の流れを妨げる要素のことです。正極・負極・電解質・集電体など、すべての材料がわずかな抵抗を持っています。

電圧降下の正体

電流が流れると、オームの法則により

• V＝I×Rの電圧降下が生じる。
• 端子電圧が低下する。
• 発熱が発生する。

──こうした現象が起こります。

つまり、内部抵抗が大きいほど、同じ電流でも電圧が下がりやすくなるのです。

等価回路で考えるとどうなる？

電池を解析するとき、よく使われるのが等価回路の考え方です。

基本のモデル

もっとも単純なモデルでは、

• 理想電圧源（起電力）。
• 直列に入った内部抵抗。

──この2つで表現します。

つまり、「理想的な電圧を出す電源＋内部抵抗」という形です。

実際にはさらに、

• 電極反応を表す抵抗成分。
• 拡散遅れを表すRC回路。

などを組み合わせたモデルが使われます。これをRC等価回路モデルと呼びます。

内部抵抗の内訳：3つの成分

内部抵抗は1種類ではありません。主に次の3つに分けられます。

• オーム抵抗（材料そのものの抵抗）。
• 電荷移動抵抗（電極反応の抵抗）。
• 拡散抵抗（イオン移動の遅れ）。

──これらが合わさって、総内部抵抗になります。

電流が大きいほど、これらの影響が強く表れます。

SOC（充電状態）との関係

ここが重要です。内部抵抗は一定ではなく、SOCによって変化します。

SOCとは？

SOC（State of Charge）は、電池にどれだけエネルギーが残っているかを示す指標です。0％は空、100％は満充電という意味です。

• SOCが高いと内部抵抗は低め。
• SOCが低くなると内部抵抗が増加。
• 極端な低SOCでは急激に上昇。

──この変化が、残量があるのに電圧が急に落ちる原因になります。

なぜSOCで変わるのか

SOCが低いと、電極材料中の反応物が減少します。イオン移動や電荷移動がスムーズに進まなくなり、抵抗成分が増えるのです。

その結果、

• 同じ電流でも電圧降下が大きくなる。
• 端子電圧が急低下する。
• 機器が停止する。

──こうした現象が起こります。

劣化との関係

さらに、充放電の繰り返しや時間経過によっても内部抵抗は増加します。

• 電極表面の劣化。
• 電解質の分解。
• SEI膜の厚み増加。

──これらが原因で内部抵抗が高まり、出力性能が低下します。

ここまで、二次電池の内部抵抗と等価回路、SOCとの関係を整理してきました。

まとめると──

1. 電池は理想電圧源＋内部抵抗で表せる。
2. 内部抵抗は材料・反応・拡散の成分で構成される。
3. SOCや劣化によって内部抵抗は変化する。

──以上3点が理解の軸です。

そして大切なのは、電池は“理想的な電圧源ではない”ということです。 内部抵抗の存在とSOC依存性を理解すると、電圧低下や出力制限の理由が見えてきます。
電池のふるまいを回路として考えることが、性能理解への近道なのですね。