リチウムイオン電池の異常時に発生するガスの成分は？吸うと危険？
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。
ただ近年ではスマホなどのリチウムイオン電池の発火事故が急増しており、リチウムイオン電池の安全性（危険性）が認識されるようになってきました。
IOT化が今後進むにつれ、リチウムイオン電池の重要性がより増していくなかで、リチウムイオン電池の安全性もより重要になるでしょう。
リチウムイオンバッテリーが発火した際などの異常時に、電池から大量の煙（ガス）が発生します。このガス成分は何なのでしょうか？ 吸ってしまったとしても有害ではないのでしょうか？
・リチウムイオン電池からなぜガスが発生するのか？機械的な要因がトリガーの時のガス発生のメカニズム（原理）
・リチウムイオン電池からなぜガスが発生するのか？電気的な要因がトリガーの時のガス発生のメカニズム（原理）
・リチウムイオン電池の異常時のガス発生の成分は？有害ではないのか？
というテーマで解説していきます。
リチウムイオン電池からなぜガスが発生するのか？機械的な要因がトリガーの時のガス発生のメカニズム（原理）
家庭用蓄電池や電気自動車搭載電池に使用のリチウムイオン電池から発火したり、同時にガス発生が起こる原理（メカニズム）は以下の通りです。
一般的なリチウムイオン電池（リチウムポリマー電池（リポバッテリーでも近い構成であり、電解質のみがポリマー））では、正極材にコバルト酸リチウム、負極材に黒鉛、電解液に有機溶剤を使用しこれにLiPF6の塩を溶かしたもの、ケースにはアルミラミネートフィルムを用いたラミネート型電池や金属缶ケースを使用した角型電池などです。
リチウムイオン電池のガス発生のメカニズム（原理）としては、大きく分けて機械的な要因がトリガー（きっかけ）となる場合と電気的な要因がトリガーとなる場合に分けられます。ガス発生のメカニズムは発火に至るまでのメカニズムと同様の流れです。
まずは、機械的な原因がトリガーである場合のガス発生の原理について解説していきます。
バッテリーに対してに機械的な要因、例えば強い衝撃や圧迫、はさみなどの鋭利なものが刺さったり、落下したしたりする場合に電池構成部材のセパレータが破れ、正極と負極が短絡してしまう場合があります。
短絡すると短絡部に非常に大きな電流が流れ、大きく発熱します。
すると、次いで負極と電解液との反応（140℃付近から）、電解液自体の分解反応、正極と電解液との反応、短絡時のスパークと正極の結晶構造崩壊による酸素の放出による酸素燃焼反応等々、様々な発熱反応が次々と起こります。
この各種反応時に、生成物として様々なガスを発生させます。ガスの成分に関しては下にて後程解説していきます。
ここで、一般的なリチウムイオン電池の正極材にはコバルト酸リチウムが使用されており、結晶構造が崩壊する際に酸素を放出することで、より副次的な反応を引き起こしより大量のガス発生を起こします。
そのため、結晶構造、熱安定性がより高い正極材であるマンガン酸リチウム、さらに高いリン酸鉄リチウムを使用した場合では、電解液が蒸発する程度の反応（100℃強で起こる反応）で止まるケースもあり、その場合はガス成分自体もやガス発生量も少なくなりより安全側にいきます。
ただし、上記の材料を使用したからといって、電池の放熱性が材料選定や構造面から放熱性が悪い電池の場合、より大量のガスを発生するリスクもあります。
一般ユーザーがこの機械的な要因からのリチウムイオン電池の発火を起こさないためには、電池に強い衝撃を与えないように大事に扱うこと、きちんとケースに入れることなど、管理方法を見直す方法が発火に至らない対処方法と言えるでしょう。
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リチウムイオン電池からなぜガスが発生するのか？電気的な要因がトリガーの時のガス発生のメカニズム（原理）
次に、電気的な要因がトリガーの場合のリチウムイオン電池のガス発生の理由について解説します。
電気的な要因のトリガーとしましては、電池の過充電や過放電となる場合が挙げられます。
特に過充電は過放電よりも危険な状態となる場合が多く、一般的なコバルト酸リチウムを正極活物質に、黒鉛を負極活物質に使用する電池ではガス発生だけでなく、破裂・発火に至る場合が多くあります。
組電池においてシステムが故障し各々の電池のバランスが崩れた場合や対応していない充電器を使用してしまった場合などに過充電となる場合があります。
そして、過充電となると正極の電位が上昇し、電解液の電位窓をこえると電解液が酸化分解され、それに伴い発熱が生じます。この酸化分解時にもガスが発生します。
電池温度が徐々に上昇し始め、温度が70℃あたりになると徐々にセパレータが縮み始めます。
すると、電極の端部分のセパレータが無くなり、微小短絡が起きます。すると電解液の酸化分解に加えて、さらに発熱が進み、セパレータの縮む速度が上昇（100℃あたりから）します。
機械的な要因がトリガーの場合と同様に次いで負極と電解液との反応（140℃付近から）、電解液自体の分解反応、正極と電解液との反応、短絡時のスパークと正極の結晶構造崩壊による酸素の放出による酸素燃焼反応等々、様々な発熱反応が次々と起こります。
これらの反応の副反応として、ガス発生がおこります。また、機械的な要因よりも電気的な要因の方が、より電解液の分解などが進む場合が多く、より大量のガス発生が起こるケースが多いです。
電気的な要因においても、結晶構造が崩壊時酸素を放出してしまうコバルト酸リチウム（正極材）なく、結晶構造、熱安定性がより高い、マンガン酸リチウム、さらに高いリン酸鉄リチウム（正極材）を使用することで安全性を大きく向上、ガス成分やガス発生量を安全な方向にむかう電池に近づきます。
機械的な要因と同様に、上記の材料を使用したからといって、電池の放熱性が材料選定や構造面から放熱性が悪い電池の場合、大量のガスを噴出することケースもあります。
一般ユーザーがこの電気的な要因、特に過充電によるリチウムイオン電池のガス発生を起こさないためには、対応していない充電器を使用しないことや古い電池と新しい電池を混ぜて使用しないこと、あとは取扱い説明書に記載の内容を意外と見落としている場合があるためきちんと取扱説明書を読み、取扱いに気を付けることが挙げられるでしょう。
また、リチウムイオン電池が熱い状態（60℃以上などの高温）になっていたり、膨れていたり、濡れたりした場合はすぐに購入場所もしくは製造メーカー様に連絡し対処してもらうことも重要です。
場合によってはガス発生だけでなく、熱暴走、破裂・発火につながることもあります。
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このように、いくつかの理由によりガス発生・発火が起こるケースがありますが、ガスの成分は何から構成されているのでしょうか？
実は、電池の安全性の個体差にもよりますが、多くの場合のガス成分は水素（H2）や二酸化炭素（CO2）や電解液の構成成分である有機溶媒系から派生しているエタンやメタンなどの炭化水素系のガス、微量のフッ化水素や一酸化炭素（CO)などです。
ここで微量のフッ化水素や一酸化炭素は有害物質ですが、ほとんど含まれていないため、完全に密閉した室内で大量の電池（例えば10Ahサイズの電池を100個など）が異常になり、ガス発生がおこらなければ死に至るレベルにはなりません。
ただ、他の炭化水素系のガスなどのも吸引すると良いものではないため、なるべくガス発生が少ない傾向にある安全性の高いリチウムイオン電池を選ぶといいでしょう。
また、電気的な要因（過充電）の方がより各種反応を引き起こしやすいために、よりガス発生量を増やす傾向にあります。
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