リチウム電池の火災

リチウム電池は多くの消費者向け機器に搭載されており、メーカーはスリムな製品に何時間もの電池寿命を詰め込むことができる。しかし、リチウム電池は、損傷したり、不適切に使用されたりすると、火災の危険性もある。

リチウム電池火災は消防士にとって困難で危険なため、消防局は火災調査官を助けるためのチェックリストを発表した。

短絡回路

リチウム電池の発火の主な原因の一つは短絡である。短絡は、電流がバッテリーを通過する経路が意図せず短くなることで発生し、過剰なエネルギーがバッテリーのセルを溢れさせ、金属イオンを発生させ、最終的に内部セルの容量を超え、周囲に流出し、熱を発生させ、発火する可燃性ガスを発生させる。

熱暴走もリチウム電池火災の主な原因である。これは、バッテリーから発生した熱が連鎖反応に変換され、爆発に至ることで発生する。典型的には、微細な金属粒子がさまざまな部品に接触して熱を発生させ、過熱とセルからの可燃性ガスの放出につながる。

リチウム電池の充電には、電解液を通して正極から負極へイオンを移動させる必要があります。この移動は電池が正常に機能するために必要だが、中断されると危険である。そのため、熱源から隔離された場所で充電することが重要である。

酸素の発生もリチウム電池火災の主な原因の一つで、加熱された陽極と陰極から酸素ガスが発生し、電池ケースに誤って穴が開いたり、化学反応でセルが内部短絡を起こしたりすることで酸素ガスが漏出する。

リチウム電池の火災は消火が難しいので、安全な場所で燃やした方がよい。有毒な水素ガスを発生させながら炎を燃やすため、水だけでは効果がない。むしろ、泡消火器やABCドライケミカル（銅粉、炭酸ソーダ、グラファイトなど）を使用するのが賢明である。

熱暴走

リチウム電池は特定の温度範囲内で作動するように設計されている。水性消火器では冷却にしかならないが、リチウムイオンゲル消火器ではバッテリーが再点火したらすぐに使用しなければならず、数日後あるいは数時間後に再点火する可能性がある。

リチウム電池の熱暴走は、内部短絡、リチウムめっき（電池セル内の負極表面に金属リチウムが形成される）、パンクや落下などの機械的損傷、過充電、過放電、外部からの過剰な熱源など、さまざまな理由で発生する可能性があります。まれに、明らかな原因なしにリチウムイオン電池が熱暴走することがあり、遅延発火熱暴走と呼ばれています。

熱暴走は、バッテリーの温度を下げ、指定された温度範囲内で動作させ、安全な充電手順を使用することで回避できる。さらに、バッテリーを熱源から遠ざけ、使用しないときはバッテリーを切り離す必要があります。

この研究プロジェクトには、熱暴走時のエネルギー放出に関する統計的回帰モデルも含まれており、メーカー、EVメーカー、安全当局は、将来の電池で熱暴走を防止する方法について貴重な知見を得ることができる。

酸素発生

熱暴走は、電池セルが電気化学反応ではなく内部化学反応を起こし、熱と有毒な可燃性ガスを発生させることで起こる。温度が上昇し、より多くの熱が発生すると、発熱反応がさらに加速し、さらに多くのガスが発生します。最終的にこの混合物は、有毒で可燃性のガスの白い蒸気雲になり、酸素と混合した後、近くのセルに引火し、連鎖反応を起こし、航空機、車両、装置内のすべてのリチウム電池を破壊する可能性があります。

リチウム電池の火災が発生することはまれですが、それでも大きな混乱を引き起こし、管理するのは困難です。このような火災を抑制する方法の一つは、液体または固体の冷却剤を使用することである。液体冷却剤には、水や、人の健康を脅かす潜在的に危険なPFAS化学物質を含む3M Novecラインのような人工の非反応性液体が含まれる。

バッテリー火災が発生すると、その燃焼速度は消費された酸素と内部での一酸化炭素生成（CO）による発熱の両方に依存します。酸素消費熱量測定のCO補正はこの影響を排除するが、最大10%の系統誤差を生じる可能性がある。電池火災試験の結果を解釈する際には、これらの誤差を考慮に入れることが重要である。

過度の暑さ

リチウム電池の火災は激しく、消火が困難なため、物的損害が甚大になる可能性があるだけでなく、人体に深刻な脅威をもたらす有毒ガスが放出される可能性もある。そのため、職場におけるリチウム電池火災の早期防止が極めて重要である。

バッテリー火災を防ぐための第一段階は、警告サインを認識することである。異常な発熱、異音、異臭、膨張など、熱暴走や短絡の可能性を示すもので、火災を回避するためには直ちに対処する必要がある。

リチウムイオンバッテリーは、携帯電話から電気自動車まで幅広い機器に強力なポータブルパワーソリューションを提供し、民生用と産業用の両方で最も広く利用されているエネルギー貯蔵ソリューションの1つとなっています。リチウムイオンバッテリーは多くの利点を提供する一方で、不適切な取り扱いや保管が命取りになることもあります。

リチウム電池を安全に保管するためには、乱暴な扱いは避けた方がよい。落下させると内部部品が損傷し、電気的短絡や熱暴走につながる可能性があります。リチウム電池は、経年劣化や高温でのサイクル頻度が高くなるにつれて、機械的損傷に対する感受性が高くなります。

バッテリーの損傷は、極端な環境条件にも影響されやすい。雨や塩分を含んだ空気、湿気にさらされると、バッテリーは急速に充電量を失い、オーバーヒートして熱暴走や発火を起こすことがあります。

リチウムイオン電池の火災は消火が難しい。従来の水系消火器では完全に消火できないことが多く、数時間から数日後に再燃することも多い。しかし、特殊なリチウムイオン消火器も存在する。

ブレイズスタック

リチウム電池火災は頻発するようになり、公共の安全に対する脅威がますます大きくなっている。リチウム電池火災のほとんどは、電池が過熱して起こる熱暴走によるものである。その他の火災は、物理的な損傷や充電の問題によって起こる可能性がある。

リチウム電池火災は、建物や建物内にいる人々にとって最大の脅威のひとつである。リチウム電池の火災は瞬く間に燃え広がり、建物の構造に広範囲にダメージを与え、建物内の生命を脅かします。そのため、二次電池に関連する危険性を人々に教育することが極めて重要なのです。

最近、ニューヨークやサンフランシスコなど米国の主要都市でバッテリー関連の火災が大幅に増加しており、2012年以降2倍以上に増加している。ほとんどの場合、怪我や死亡には至らないものの、その多くは商業施設や住宅に大きな損害を与える可能性がある。

しかし、リチウム電池の適切な保管やメンテナンスなど、リチウム電池の火災を防ぐための戦略は複数ある。また、リチウム電池を保管する際には、耐火性の容器を使用することをお勧めします。

物理的な損傷と電気的な短絡は、バッテリー火災の2つの一般的な原因です。バッテリーの故障や過熱は、鋭利なリチウム針がセパレーターセルを貫通して内部短絡を引き起こす極端な化学反応である熱暴走を引き起こす可能性があります。バッテリーケースのシェルに亀裂が入ると、可燃性電解液が空気や熱源と接触して発火します。