◇火災原因調査シリーズ （109）

高温環境下（100℃以下）におけるリチウムイオン電池の内部短絡による出火について
福岡市消防局予防部予防課調査係

１に至るメカニズムについて検証し、その結果を紹はじめに介するものである。

リチウムイオン電池は、小型で高電圧・高容量を得られるエネルギー効率の高い電池として、携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、また最近では、タブレット端末や電気自動車にも使用

２

火災事例

⑴

出火日時
令和３年８月某日

されており、Iot 化や脱炭素化が進む現代社会に１時30分頃おいて広く普及し、必要不可欠なものとなってい⑵

る。

鎮火日時
令和３年８月某日

その反面、そのエネルギー密度の高さから、短３時35分

絡や異常発熱に至った場合は激しい反応が生じる危険性の高い電池としても知られており、リチウ

⑶

出火場所
福岡市内

ムイオン電池の発火事故は近年頻繁に発生している状況にある。
リチウムイオン電池が発火に至る原因は様々で

⑷

損害状況

あるが、今回、高温環境下におけるリチウムイオ①

人的被害なしン電池の内部短絡が原因と考えられる火災が発生

②

物的被害

建物外壁（約２㎡）及び農機具２台したため、当該原因による出火可能性および出火

消防隊が破壊している

ポールソー

柱は炭化し、焼け上がりを呈している。
【写真１

外壁の焼損状況】

刈払機【写真２－58－

刈払機及びポールソーの配置状況】

消防防災の科学ア⑸

刈払機について火災概要

関係者の供述によると、刈払機を最後に本火災は、木造２階建て一般住宅の外壁及び農使用したのは約１か月前であり、出火当時機具２台を焼損した建物火災であり、焼損程度はエンジンは停止状態であったため、通電に「部分焼」である。

よる電気系統からの出火及び使用による機器本体の発熱からの出火などは考えられず、

⑹

調査概要
①

刈払機からの出火は否定した。

現場の状況

イ

ポールソーについて焼損しているのは、建物北東側外壁とそのポールソーのリチウムイオンバッテリー下部の犬走り上に置かれたエンジン式刈払機（以下、「バッテリー」という。）周辺部分（以下、「刈払機」という。）及びリチウムイは、円筒形電池セル20本を残し全て焼失しオンバッテリー式ポールソー（以下、「ポーており、残存した電池セルのうち１本に内ルソー」という。）であった。

部の電極体の激しい焼損が認められたこと

②

出火原因

から、当該焼損部分にて内部短絡が生じて現場状況及び関係者からの聴取内容から、いた可能性が高いと考えられた。また、犬たばこ、放火及び漏電の可能性は否定したた

走り上に置かれたポールソーの位置から出め、刈払機及びポールソーの出火可能性につ火したと仮定すると、外壁の焼け上がりのいて考察した。

状況とも一致するため、本火災の原因は、焼損品同等品

エンジン駆動部は、エンジンを残し焼失している。
【写真３

刈払機の焼損状況】

樹脂製の外装が焼失している。
【写真５

バッテリーの焼損状況（同等品との比較）】

バッテリー周辺部は、電池セルを残し焼失している。

電池セル

内部の電極体が焼損している。
【写真４№153 2023（夏季）ポールソーの焼損状況】【写真６－59－

焼損した電池セル】

ポールソーに接続していたバッテリーの電池セルが内部短絡を起こし出火、建物外壁へ延焼したものと推定した。

３バッテリーの電池セルの状況

・

電池セルをＸ線透過観察した結果、電池セルの２本（電池セルＡ・Ｂ）は内部の電極体が著しく損傷して殆ど残っていなかった。

【写真７・

焼損した電池セル】【写真８

写真７のⅩ線写真】

Ｘ線透過観察により損傷が認められた電池セ生した痕跡が認められた。また、電池セルＢのルの電極体を展開した結果、電池セルＡの電極電極体は、正極アルミ箔及びセパレーターが焼体は、正極アルミ箔及びセパレーターが焼失し、失し、負極銅箔も電極体の中心側の多くが欠損

負極銅箔も大半が欠損しており、内部短絡が発していた。

【写真９電池セルＡの電極体の展開状況】【写真10電池セルＢの電極体の展開状況】

因は、過充電、過放電、外的衝撃及び非純正品

４考察⑴

出火に至る経過

ると、バッテリーは純正品であり、数日前に充リチウムイオン電池が内部短絡に至る主な原

電した後にポールソーに装着して存置していたの使用などが考えられるが、関係者の供述によ－60－

消防防災の科学状況であったため、これらの原因は否定できる。

結果、内部短絡を起こし出火したとされる事例

当該ポールソーが夏季にバッテリーを装着しや検証はあまり報告されていない。よって、そたまま屋外に存置されていたことを鑑みると、の可能性について検証を行うため、リチウムイ

日中の気温上昇及びそれに伴う犬走りの温度上オン電池の加熱実験を行うこととする。

昇等の影響により、バッテリー内部が高温とな実験に先立ち、リチウムイオン電池の一般的り、それが内部短絡の要因となった可能性が考な構造を紹介したうえで、推測される出火メカえられる。また、関係者が雨水の侵入を防ぐたニズムについて記述する。

め、バッテリー部分をビニール袋で覆っていた
旨の供述をしていることから、バッテリー内部⑵

で蓄熱状態が継続していたことも十分考えられる。

リチウムイオン電池の構造
一般的なリチウムイオン電池のセル内部は、コバルト酸リチウムなどが塗布されたアルミ箔

リチウムイオン電池については、炎による直を用いた正極、炭素などが塗布された銅箔を用接加熱など、著しい高温に曝された場合に出火

いた負極、両極の絶縁のためのセパレーターかする可能性は過去の実験などにより実証されてらなる電極体の層が渦巻き状に巻かれた構造といるものの、外気温の上昇など、一般的な自然なっており、その周囲には両極の電子をやり取環境下で想定されうる高温環境（概ね100℃以りするための電解質として可燃性の有機溶媒が下）においてリチウムイオン電池が加熱された満たされている。

推測される出火メカニズム

縮すると両極が直接触れる状態となり、微小なセパレーターには一般的にポリオレフィン系短絡が生じ発熱が生じる。その発熱により連鎖樹脂が使用されているが、周囲温度が通常の使的に収縮及び微小短絡が継続し、最終的には発用温度範囲を超える温度となると徐々に収縮し熱が止まらなくなる「熱暴走」状態に至り、出始めるとされている。

火に至るほどの大きな短絡に繋がると考えられ⑶

正極及び負極を隔てているセパレーターが収№153 2023（夏季）－61－る。

正極

正極
セパ

セパ
負極

負極

温度が上がるとセパレーターが収縮

５

実験

⑴

実験の目的

収縮→発熱…
→熱暴走→出火

正極と負極が触れ短絡発生①

実験１
メーカーから提供を受けた出火品と同等品のリチウムイオンバッテリー

高温環境下（100℃以下）におけるリチウム

出力電圧：36Ⅴ

容量：5.2Ah

イオン電池の内部短絡による出火可能性につい生産国：スウェーデンて検証し、そのメカニズムを観察するものであ

種類・本数：円筒形セル17本る。

⑵

実験日時
令和３年10月中旬から11月上旬

計３回（１回あたり約20時間程度）⑶

実験の内容と方法
満充電したリチウムイオン電池をホットプレート上で加熱し、熱電対温度記録計を用いて表面温度の測定を実施する。なお、ホット【写真11バッテリー分解後】プレートの設定温度は約80℃から100℃とする。
また、周囲温度を高温に保つため、ホットプレート周囲を水槽で覆う。また、電池の個体差等を考慮し、使用するリチウムイオン電池は以下の３種類を準備し、それぞれ同条件にて実験を実施する。

【写真12－62－

実験中】

消防防災の科学

②

実験２③

実験３

ハンドライト用リチウムイオンバッテリー
出力電圧：14.4Ⅴ

携帯電話用リチウムイオンモバイルバッテ

容量：4.4Ah

リー

生産国：台湾

出力電圧：５Ⅴ

種類・本数：円筒形セル３本

生産国：中国

容量：４Ah種類：角型【写真13バッテリー分解後】【写真15【写真14実験中】

バッテリー分解後】【写真16６

実験中】

実験結果

実験１～３のいずれも、実験開始から約20時間経過しても破裂や出火は確認できなかった。電池の表面温度についてもホットプレートの設定温度（80℃～100℃）付近を推移し、熱暴走に至ることはなかった。
そこで、加熱による電池内部の電極体への影響を確認するため、実験にて加熱した電池セル及び同種類の加熱していない電池セルについて、
NITE の協力を得てⅩ線透過観察及び展開したセパレーターの比較観察を実施する。

№153 2023（夏季）－63－※撮影部分電極体 セパレーター【写真17⑴【写真18加熱後の電池】

未加熱の電池】Ⅹ線透過観察
Ⅹ線透過撮影により電極体の収縮の有無や巻き状態の観察を行う。
①

実験１の電池加熱後と未加熱の電池について、内部の電極体の状態に大きな差異はなく、セパレーターの明らかな収縮などは見られなかった。

②

実験２の電池未加熱の電池と比較し、加熱後の電池のセパレーターには正極側の巻き両端付近に凹みが見られる。

③

セパレーターの巻きに凹みが見られる。
【写真19加熱後の電池】【写真20未加熱の電池】

実験３の電池未加熱の電池と比較し、加熱後の電池のセパレーターには回路基板側の巻き両端付近に凹みが見られる。

－64－

消防防災の科学セパレーターの巻きに凹みが見られる。
【写真21加熱後の電池（上端）】【写真22未加熱の電池（上端）】【写真23

加熱後の電池（下端）】【写真24

未加熱の電池（下端）】以上のことから、実験②及び実験③で使用した①

実験１の電池

加熱後の電池について、セパレーターの巻きに凹

実験１の電池の電極体については、外側かみが確認できた。これを加熱による収縮の影響とら順に負極、セパレーター、正極、セパレー断定することはできないが、加熱後の電池にのみターの４層に巻かれていた。２枚のセパレー確認できたことを踏まえると、加熱がセパレーターのうち、外側のセパレーターについて比ターに何らかの影響を与えていることは大いに考較観察する。

えられる。

加熱後と未加熱の電池それぞれのセパレーターについて、外観上は明らかな差異は認め⑵

展開したセパレーターの観察られない。全長を比較すると、加熱後の電池電池セルを展開し、セパレーターについて収が未加熱の電池よりも約３ｍｍ短いことが確縮などの異常がないか観察する。

№153 2023（夏季）

認できる。

－65－

上：加熱後下：未加熱【写真25約８ｃｍ

セパレーターの比較】【写真28全長の比較】が確認できる。
③

実験３の電池電極体は実験１及び実験２の電池と同様の順番で４層に巻かれているが、セパレーターについては１枚を折り返した形で巻かれていた。

約３ｍｍ

未加熱の電池と比較し、加熱後の電池のセパレーターには若干の変色が確認できる。ま
【写真26②上：加熱後全長の比較】

実験２の電池電極体は実験１の電池と同様の順番で巻かれていた。外側のセパレーターについて比較観察する。

下：未加熱

変色

未加熱の電池と比較し、加熱後の電池のセパレーターには明らかな変色及び縮れが確認できる。また、全長を比較すると、加熱後の電池が未加熱の電池よりも約８cm 短いこと

【写真29セパレーターの比較】

上：加熱後

下：未加熱

【写真27

約 11ｃｍ
変色及び縮れ【写真30セパレーターの比較】－66－

全長の比較】

消防防災の科学た、全長を比較すると、加熱後の電池が未加場合、熱暴走を起こし出火してしまう危険性が高熱の電池よりも約11cm 短いことが確認できまるといえる。
なお、リチウムイオン電池を使用している製品る。
以上のことから、全ての実験で使用した加熱後の取扱説明書には、通常適切な使用温度範囲及びの電池について、未加熱の電池と比較しセパレー高温環境下で使用しない旨の注意書きが記載されターの全長が短いことが確認された。特に実験②ている。また、耐熱性のあるセパレーターの研究及び実験③で使用した加熱後の電池のセパレーや、電解液に可燃性の溶媒ではなく水などを用いターは未加熱の物と比較し顕著に短く、変色も確た新たなリチウムイオン電池の開発など、メー認できたことから、加熱によりセパレーターが収カー側の企業努力により、リチウムイオン電池の縮、劣化したことが推察される。

危険性の周知や低減が進められていることは言うまでもないところである。

７

考

察

しかし、今般のリチウムイオン電池の普及とそ加熱実験の結果、破裂や出火には至らなかったれに伴う使用形態の広範化は急激なスピードで進ものの、加熱した電池と未加熱の電池のセパレーんでおり、その危険性の周知が個々の消費者までターの比較の結果から、長時間高温環境下に置か行き届いているかどうかには疑問が残る。また、れることで、セパレーターの収縮や劣化が見られセパレーターの技術革新や新たなリチウムイオンる電池があることが確認できた。

電池の開発についても、実用化及び普及に至るま

また、その収縮及び劣化の有無や程度には電池でには暫く時間を要すものと思われる。そのため、消防組織としても、リチウムイオン電池の管理方自体の個体差があることも推察された。

法や使用方法について、今後とも継続的な火災予８

防広報や啓発を行っていく必要があると考える。

今後の教訓と課題

今回の研究により、夏季の屋外や高温となりやすい車内など、通常の使用温度範囲を超えるよう９

参考資料等な高温環境下でのリチウムイオン電池の保管や使「リチウムイオン電池の熱暴走メカニズムと高用は、その危険性を増加させる因子となることが安全性技術」（表面技術、2019）

明らかとなった。一たびセパレーターの収縮が起「リチウムイオン電池関連製品の製造と安全こった電池は、継続的に使用や充電を繰り返した性」（NITE 公表資料）№153 2023（夏季）－67－