電子タバコの爆発の原因はリチウムイオン電池にあるのか?

電子タバコの爆発の原因はリチウムイオン電池にあるのか?

 

リチウムイオン電池は高電圧、高容量、高エネルギー密度、長寿命などのメリットがあるためスマホバッテリーや電気自動車搭載電池、家庭用蓄電池などの採用されています。

 

このような多くの長所をもつリチウムイオン電池ですが、最近ではさまざまなリチウムイオンバッテリーの搭載製品での発火・爆発事故の多発など安全性に課題があります。

 

例えば、最終製品の「電子タバコ」においてリチウムイオン電池が爆発する事故なども代表的です。それでは、なぜ電子タバコでの爆発事故が多く起こっているのでしょうか。

 

ここでは、「電子タバコのバッテリーの基礎知識」「電子タバコに含有のリチウムイオン電池が破裂・発火に至る原因」「爆発しないようにする対策」について解説していきます。

 

・電子タバコ用のリチウムイオン電池には18650電池が使用されている?

 

・電子タバコのバッテリーの容量や電流は?持ちはどのくらい?

 

・電子タバコが爆発(発火)するメカニズムは?

 

・電子タバコが破裂・発火しないようにする対処方法

 

というテーマで解説していきます。

 

 

電子タバコ用のリチウムイオン電池には18650電池が使用されている?

 

電子タバコとは以下のようなものであり、携帯できるレベルにコンパクトなものです。

 

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きこのような電子タバコですが、動かくために、なってリーが用いられています。

 

そして、後にも解説しますが10A以上と比較的大きな電流が流れ、かつ小さい製品であるために、電池には高いエネルギー密度が求められるのです。

 

このような理由から円筒型の18650リチウムイオン電池と呼ばれるものが、電子タバコには使用されています。

 

さらに、電子タバコ用の18650電池であってもその種類はいくつかあります。具体的には、IMR、ICR、NCR、INRなどがありますが、今では比較的安全性が高く、容量、電圧も基本的なリチウムイオン電池と同じであるIMRがメインで使用されています。

 

以下のようなものです。

 

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普通のマンガン乾電池やアルカリ乾電池では、容量や作動電圧の関係上、性能を満たせないためにリチウムイオン電池が採用されているともいえます。

 

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電子タバコのバッテリーの容量や電流は?持ちはどのくらい?

 

まず、電子タバコの基礎知識について確認していきます。安全性と同様に気になるポイントとしては、電子タバコに搭載のリチウムイオン電池の容量があります。

 

バッテリーの容量が大きいほど1回の充電した際の電池の持ちが長くなるために、大きいほどいいといえます。

 

電池の持ちの概要は以下の通りです。

 

 

この内容について以下で確認していきます。

 

そして電子タバコ用のリチウムイオンバッテリーの容量はおよそ2000~3500mAh程度です。

 

ここで、電子タバコの消費電流はおよそ12A程度といえます。つまり、高容量の電子タバコであっても、3500mAh=3,5Ah程度であるため、3.5/12=約0.3h= 20分弱程度の持ちであることが計算上わかります

 

よって電子タバコ用の電池の持ちは「1日で電池1本分を消費する」「長くても数日程度のもちである」といえます。

 

 

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電子タバコが爆発(発火)するメカニズムは?

 

このように、エネルギー密度が高いリチウムイオン電池を使用する必要があるために、電子タバコ用のバッテリーとして採用されているわけです。

 

ただ、こちらのリチウムイオン電池の安全性のページにても記載していますが、リチウムイオン電池自体がそもそも危険な使い方をすれば、発火するリスクがあるものです。

 

中でも、電子タバコでも爆発する原因はこのリチウムイオン電池です。バッテリーが爆発する状況としては、「実際に使用しているとき」「ポケットなどに入っているとき」「外部からバッテリーに衝撃が加わったとき」が挙げられます

 

これらの要因から、「もともとのバッテリーの設計として発火しやすいものであった」「外部から衝撃が加わるような使い方を消費者がした」ことが考えられます。

 

 

 

これらリチウムイオンバッテリーの爆発の原因について以下で確認していきます。

 

リチウムイオン電池の設計が悪いとき

 

最近の電池では、無理にエネルギー密度をよりあげようととにかく無理した設計をすることがあります。

 

単純に、電池の構成材料である活物質を詰め込むことで、エネルギー密度を上げやすくなります。ただ、過剰に入れた場合では、活物質が電極から落ちたり、正極と負極の短絡(ショート)を防ぐセパレータに覆われなくなる可能性がでてくるのです。

 

これは外観では判断することができないため、できる限り品質のいいものを取捨選択するしかありません。

 

 

外部から衝撃を与えるとき

 

このように、リチウムイオン電池自体の品質の問題もありますが、自分の使い方によっても発火を招いていることがあります。

 

例えば、ズボンの後ろポケットに電子タバコをいれたままの状態で、勢い良く椅子に座ったとします。これは、
リチウムイオンバッテリーが搭載しているもののスマホなどであっても同様なので気をつけましょう。

 

以下のような状態です。

 

※※

 

このような状況では、当然電子タバコに大きなダメージが与えられるわけです。

 

電子タバコに衝撃が加わると、衝撃の加わる方向や力の大きさによっては、リチウムイオン電池が変形します。すると、リチウムイオンバッテリー内部のセパレータが破れる可能性があります。

 

セパレータの破損が起こると部分的であっても、正極と負極がつながる微小の短絡が起こります。すると、その部分で発熱反応が起こり、セパレータが溶融します。すると、セパレータの欠損部がさらに拡大し、さらに短絡が起こるのです。

 

例えば、セパレータの端付近が破れ、端から順に溶けはじめた状態は、以下のようなイメージになります。

 

 

 

すると、さまざまな発熱反応が起こり始め、電解液と負極の反応、電解液自体の分解、正極と電解液の反応、正極の結晶構造崩壊により出てくる酸素と短絡時の火花によるスパークなどが、相乗的に起こります。結果として、リチウムイオンバッテリーが破裂・発火に至るのです。

 

これらが電子タバコが爆発する仕組みです。

 

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電子タバコが破裂・発火しないようにする対処方法

 

このような原理によって、熱暴走に至るリスクがある電子タバコですが、どのようにすれば爆発をできる限り抑えれるのでしょうか。

 

以下で確認していきます。

 

信頼あるメーカーから購入する

 
電子タバコを購入するときは、基本的にあなたが知っているメーカーもしくは周囲の口コミが高いメーカーから購入した方がいいです。

 

単純に海外製の知らない企業のものを買うと、先にも述べたような「電池設計が悪いもの」や「不良品」などの明らかに品質が低いものが出荷されていることがあります。電池の爆発は命に関わる危険性があるために、コストに惑わされないようにしましょう。

 

品質優先の中で価格が安いものを選べといいです。

 

 

電子タバコに負担をかけるような使い方をしない

 
なお電子タバコに衝撃や環境的な負担をかけるような状況にならないようにしましょう。

 

先にも述べたような、「ズボンに入れっぱなしで座ること」「電子タバコを投げること」「暑い日に車の中に放置すること」などは絶対にやめましょう。電子タバコを改造するようなことも避けてください。

 

電子タバコを大事に扱うことが何よりの安全対策といえます。

 

 

リン酸鉄系リチウム使用の電池を使用する

 
ただ、リチウムイオン電池であっても、正極活物質にリン酸鉄リチウム系の材料であれば安全性が高いです。これは、「異常に爆発に至る活物質から酸素が放出されること」が起こらないためです。

 

よって、爆発するリスクはリン酸鉄リチウム系のリチウムイオンバッテリーであれば、大きく軽減されます。もし、あなたが使用している電子タバコがリン酸鉄系に対応していればこちらを使用するといいです。

 

電子タバコを適切に使用し、爆発が起こらないようにしましょう。

 

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