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【バッテリーコラム】リチウムイオン電池を発火させる方法

【バッテリーコラム】リチウムイオン電池を発火させる方法

リチウムイオンバッテリーはスマートフォンやタブレット、電動アシスト自転車や電気自動車まで普及し、情報機器から生活インフラに至るまでリチウムイオンバッテリーの重要性は年々増しています。

リチウムイオンが普及していく中で増えているのが「リチウムイオンバッテリーの発火事故」です。ニュースなどで報道される度に火を噴くモバイルバッテリーの映像を見る方も多いと思います。しかし、実際に発火するバッテリーの映像が報道されても、発火の原因や理由にまで言及している報道はあまり多くありません。

ここでは、独立行政法人niteが公開しているリチウムイオンバッテリー発火関連の情報を元に、ユーザーがリチウムイオンバッテリーをどの様に扱った場合に発火してしまうのかを解説します。

発火の原因① 曲げる、変形させる

1流メーカーが行う厳格な品質保証の元で、何重もの安全対策が施されていたとしても、リチウムイオンバッテリーは「曲げ」や「変形」に対して十分な安全性を確保する事ができません。

リチウムイオンバッテリーは外部からの衝撃などによって「曲げ」や「へこみ」「貫通」させると、バッテリーの内部でショートして発火発煙に至ります。軽い落下でも衝撃によってセルが変形してしまったり、ポケットに入れたまま屈んで押し潰す事でも、バッテリーセルを損傷させてしまうので取扱には十分な注意が必要です。

バッテリー内部で発生するショートはバッテリー外部の保護回路では保護する事が不可能で、ショート時に発生する熱がダイレクトにバッテリー内部に広がるため、一瞬で熱暴走状態になり電解液が引火して発火します。

発火の原因② 加熱する

リチウムイオンバッテリーは熱の影響によって発火する可能性があります。

リチウムイオンバッテリーを構成する正極、負極、電解液は温度が上がると分解反応が進行します。この反応は発熱を伴うため、内部の分解反応の進行によって反応がさらに促進され、熱が熱を発生させる熱暴走状態へと至り、最終的には発火してしまいます。

バッテリーの発熱はプロセスが単純な事もあり、製品レベルでは様々な保護構造が組み込まれています。電子回路的には温度センサによる充放電の保護、電池素材としては熱安定性の高いマンガン酸リチウム・リン酸鉄リチウムの採用、構造的には安全弁による電解液の放出など、様々な面からの熱暴走安全対策が実施されています。

これらの保護構造により、実使用で発生する熱程度で熱暴走からの発火に至ることはほぼありませんが、リチウムイオンバッテリーへ熱を加えると急速な劣化を招くため、バッテリーの保管や使用温度には常に気を配った方が良いでしょう。

発火の原因③ ショートさせる

バッテリーをショートさせると、大電流が発生し、バッテリーの内部抵抗で急速に発熱する事で熱暴走に至ります。

バッテリーの外で発生するショートは保護構造を組み込みやすいため、製品レベルで様々な安全対策が組み込まれていま。電子回路側では大電流遮断回路、さらにバッテリー内部に搭載されたヒューズなど遮断も行われるため発火に至ることはほとんどありません。

ただし、非常に安価なリチウムイオンバッテリー機器などはコスト削減のため、これらの保護機能を搭載していない場合もあるので、過信は禁物です。

発火の原因④ 充電条件が守られていない

リチウムイオンバッテリーは仕様や用途によって厳格な充電条件が定められており、その充電条件を守らなければ非常に危険な状態となってしまいます。充電条件には「充電電流」や「充電完了電圧」などがあり、基本的には専用充電器の使用と純正バッテリーの使用が推奨されています。

電動工具やハンディクリーナーの互換バッテリーなどは、用途に即していない安価なバッテリーが組み込まれいる例も多く、低性能の互換バッテリーを純正と同じように充電してしまったために、バッテリーの早期劣化や発火に至った例が数多く報告されています。

互換バッテリーによる事故報告情報。近年、電動工具やコードレス掃除機の互換バッテリーによるトラブルが数多く報告されている。

リチウムイオンバッテリーが全て発火に至る訳ではない

これらの行為をリチウムイオンバッテリーに行っても、100%全てのバッテリーが発火する訳ではありません。これらの行為は発火する可能性が非常に高くなる行為ではありますが、試験条件や残容量などバッテリー状態によっては発火せずに収まる場合もあります。

リチウムイオンバッテリーを製造するメーカーやバッテリー機器を設計するメーカーは、バッテリーを使用するユーザーに危害が及ばないよう最大限の安全対策を組み込んでいます。しかし、それでもバッテリーの「大量の化学エネルギー」を蓄えるバッテリーの特性上、使い方を誤れば簡単に事故に至ってしまいます。

発火の原因には、バッテリーセル製造時の異物混入など、ユーザー側ではどうにもならない原因も存在しますが、ユーザー側の使用方法の誤りによる事故も一定数存在します。リチウムイオンバッテリーが身近になっている現代では、より一層バッテリーの取扱について慎重になる必要があるのかもしれません。

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