よしの あきらさんの チームは、1985ねんに、手づくりの でんちを ためしました。でんちの 上から、てつの たまを おとして、なにが おこるかを 見る しけんです［5］。

まず、きんぞくの リチウムを つかった でんちです。たまが あたると、中の きんぞくが あふれ出して、火が 出て しまいました［5］。

つぎに、リチウムイオンでんちです。こちらは ごうかくでした。この けっかが、しょうひんに する みちに つながったと いいます［5］。よしのさんは「ほんとうに でんちが うまれたのは、あんぜんせいを しらべた しゅんかん」と かたって います［5］。

では、きんぞくを つかわない でんちは、なにが ちがったのでしょう。

吉野さんが選んだ試験は、電池の上から鉄の玉を落として、何が起きるかを見るという、とても単純なものでした［5］。

まず、金属リチウムを使った電池に試すと、金属リチウムがあふれ出して、火が出てしまいました。一方、リチウムイオン電池は合格し、商品化につながったと、吉野さんは講演で語っています［5］。

吉野さんはこの出来事を「本当にリチウムイオン電池が誕生したのは、安全性試験の瞬間」と表現しています［5］。電池の性能を測る試験ではなく、燃えないかを見る試験が、電池を電池にした、という話です。

では、同じリチウムの名前がつく2つの電池で、結果が分かれたのはなぜでしょうか。

安全性を確かめる試験とは何だったのか。吉野彰は1985年、手作りの電池に対して、上から鉄球を落として何が起きるかを見るという、極めて単純な試験を行った。金属リチウムを用いた電池では、金属リチウムが溢れ出して発火したが、リチウムイオン電池は合格し、商品化につながったという［5］。

吉野は、リチウムイオン電池が本当に誕生したのは「安全性試験の瞬間」だったと講演で語っている［5］。ただし、これは本人の回想であり、同じ電池でも設計や試験条件が違えば結果は変わりうる。次章では、2つの電池の違いを負極の材料から見る。

むかしの リチウムの でんちは、中の きんぞくの リチウムが、とても はんのうしやすい ものでした。つかって すてる でんちなら まだしも、きんぞくの リチウムを つかう でんちを なんども じゅうでんすると、ばくはつ しやすくて つかえませんでした［6］。

そこで よしのさんは、きんぞくを つかう のを やめました。かわりに、せきゆから できる、すみのような ざいりょうを えらびました。この すみの すきまに、リチウムイオンが 出たり 入ったり します［6］。

たとえば、ホテルの へやの ようです。おきゃくさんが、へやに 入ったり 出たり します。でも、へやの かべは そのままです。ただし ほんとうは、でんちの 中では、目に 見えない ほど 小さな すきまの ことです。

こうして、かるくて、くりかえし つかえる でんちが できました［6］。

もともとの金属リチウム電池は、反応性が高すぎました。充電をくり返す二次電池としては爆発しやすく、使い物にならなかったのです［6］。

そこで吉野さんは、負極に反応しやすい金属リチウムを使うのをやめ、石油コークスという炭素の材料を使いました。この材料は、リチウムイオンを出し入れできます。そのため、軽くて、くり返し充電して使える電池になりました［6］。

たとえると、金属リチウムは「むき出しの火薬を持ち歩く」ようなもので、炭素は「火薬をしまっておく棚」です。ただし、実際の電池の中では、リチウムはイオンという形で炭素の層の間に入ります。棚に置いたのは、あくまで例えです。

これで安全な電池になったかというと、そうではありません。電池の中には、まだ燃える液体が残っていたからです。

鉄球試験の結果の差は、負極材料の違いに由来する。従来の金属リチウム電池は、金属リチウムの反応性が高く、繰り返し充電する二次電池としては爆発しやすくて実用に向かなかった［6］。吉野は負極に金属リチウムを使わず、リチウムイオンを出し入れできる炭素材料（石油コークス）を用い、軽量で繰り返し充電できる電池を実現した［6］。

この転換により、負極側では金属が露出する状態を避けられる。しかしこれは危険がなくなったという意味ではない。電池の中には、別の可燃物が残っている。

でんちの 中には、でんきを とおす えきたいが はいって います。この えきたいは、「ゆうきようばい」という ものに、リチウムの しおのような ものを とかした ものです。ゆうきようばいは、火が つきやすい もの です［1］。

だから、じこが おきた とき、いちばん 大きな わけに なると いわれて います［1］。

「水なら もえないのに」と 思うかも しれません。でも、ふつうの 水に でんきを かけると、1.2ボルト ぐらいで、水が すいそと さんそに わかれて しまいます［1］。スマホの でんちは もっと 大きい でんあつが ひつようなので、水は つかえません。

では、その もえる えきたいが、どうして 火に なるのでしょう。

電池の中には、電気を通す電解液が入っています。電解液は、有機溶媒にリチウムの塩を溶かしたもので、この有機溶媒は燃えやすい性質を持っています。東京大学の山田研究室は、火災・爆発事故の最大のリスク要因だと説明しています［1］。

「水なら燃えないのでは」と思うかもしれません。ところが、ふつうの水溶液は、1.2ボルト程度の電圧で、水素と酸素に分かれてしまいます［1］。それより高い電圧で働く電池には、水を電解液に使えません。燃える液体を使うしかなかった、というのが背景です。

燃える液体があっても、普通は火が出ません。何かのきっかけで、温度が上がり始めたときだけ、問題になります。

電解液は、有機溶媒にリチウム塩を溶かしたもので、この溶媒は可燃性である。東京大学の山田研究室は、可燃・有毒な有機溶媒を大量に含む有機電解液が、火災・爆発事故の最大のリスクファクターになっていると述べる［1］。

では、水系にすればよいのではないか。ふつうの水溶液は約1.2Vで水素と酸素に電気分解される。電池の電圧がそれを超えると、水を溶媒には使いにくい［1］。有機溶媒の採用には、電圧の面で理由があった。ただし、可燃性の液体があることと、実際に燃えることは別の問題で、次章の連鎖が起きるかどうかが鍵になる。

でんちの 中で、あつく なった ところが、そのまわりを あつくして、また その まわりを あつく する ことが あります。これを「ねつぼうそう」と いいます［2］。

たとえば、たきびの 木が もえて、となりの 木に ひが うつる ようすに にて います。ただし ほんとうは、でんちの 中の 小さな ぶひんが、じゅんばんに あつく なる ことです。

きっかけは、いくつか あります。でんちの 中の ショートや、じゅうでんの しすぎ、ほかの ところから あたためられる ことなどです［2］。

では、これを ふせぐ ために、でんちには どんな しかけが あるのでしょう。

電池の温度が、制御できなくなる現象があります。これを「熱暴走」と呼びます。日本工業規格（JIS C 8715-2）では、発熱がさらに発熱を招くという正のフィードバックによって、温度の制御ができなくなる現象またはその状態と定義されています［2］。

きっかけには、内部短絡、外部短絡、過充電、過放電、加熱などがあります［2］。たとえば内部短絡では、負極に一気に電気が流れて負極が発熱し、その熱が正極に伝わります［3］。電池の中の特定の部材の熱が、ほかの部材の発熱を引き起こして、温度の上昇が続くのです［3］。

ショート後の温度の目安として、解説記事は次のような例をあげています。80℃付近で電極と電解液が反応し、140℃付近でセパレータが熱で変形し、200〜300℃付近で正極の材料が分解し、さらに高温になると1000℃以上になるおそれがあるといいます［4］。ただし、これらは電池の種類によって変わる目安で、固定の値ではありません。

この連鎖の途中で、電池を止める方法はないのでしょうか。

可燃物があるだけでは発火しない。何がそれを連鎖させるのか。JIS C 8715-2は熱暴走を、発熱が更なる発熱を招くという正のフィードバックによって温度の制御ができなくなる現象、またはその状態と定義する［2］。誘因には内部短絡、外部短絡、過充電、過放電、加熱などがある［2］。

内部短絡では、負極に電流が集中して発熱し、その熱が正極に伝わる。こうして、ある部材の発熱が別の部材の発熱を引き起こし、温度上昇が続く［3］。解説記事によれば、ショート後の温度の目安は、80℃付近で電極と電解液の反応、140℃付近でセパレータの熱変形、200〜300℃付近で正極の分解、さらに高温ではアルミの融解や1000℃以上に至るおそれがある［4］。これは電池ごとに違う目安であり、一般の固定値ではない。

でんちの 中には、プラスと マイナスを わける、とても うすい まくが あります。この まくには、小さな あなが たくさん あいて います［7］。

あやしい ねつが 出ると、この あなが ふさがって、でんきが とおらなく なります［7］。

ざるの 目が、ねつで ふさがる ような ものです。ただし ほんとうは、まくの ざいりょうが とけて、あなを うめる のです。

電池の中には、正極と負極を分ける、ポリエチレンやポリプロピレンなどでできた、孔のたくさん空いた膜があります。これがセパレータです［7］。

異常な発熱が起きると、セパレータの孔が閉じて、電流を止めます。この安全機構を「シャットダウン」と呼びます［7］。電池が自分で熱に気づき、自分で電気を止める仕組みです。

資料では、ポリエチレンが融けることでシャットダウンが働くと説明されています［7］。

ただ、膜だけで全部を防げるわけではありません。電池には、ほかの守りも重ねられています。

セパレータは、正極と負極を隔てるポリエチレンやポリプロピレンなどの微多孔膜で、異常発熱時に孔が閉じて電流を止めるシャットダウン機構を持つ［7］。

岐阜大学のシーズ集では、ポリエチレンの融解によってシャットダウンが働くと説明される［7］。

でんちの あんぜんは、きっかけに あわせて かんがえられて います［2］。

たとえば、じゅうでんの しすぎや でんきの つかい すぎは、ほごかいろで ふせぎます［2］。ショートには、ヒューズなどが やくに たちます［2］。

でんちを つくる ところでも、くふうが あります。えきたいは 水が にがてなので、かわいた へやで つくります。ほこりや ごみが 入らないように、しらべる しごとも あります［2］。

電池の安全対策は、燃えるきっかけごとに考えられています［2］。

外部短絡には、保護回路、ヒューズ、PTC素子が使われます。過充電や過放電には、保護回路が働きます。内部短絡には、製造の工程で異物の混入を防ぎ、検査を工夫し、短絡しても熱暴走しにくい技術を加えます［2］。

メーカーの例では、満充電になると充電を止め、過放電、温度、短絡、過電流を見つけて止めるICチップや、サーマルヒューズが使われています。携帯用の電池は、国連の勧告に基づくUN38.3という試験で、過充電、短絡、温度、振動、高度などを調べます［8］。

製造の現場にも工夫があります。電解液は水分が苦手なので、露点を管理した「ドライルーム」で電池を作ります［2］。

NITEの講演資料は、安全対策を誘因ごとに整理する。外部短絡には保護回路と保護素子（ヒューズ、PTC）、過充電・過放電には保護回路、内部短絡には製造工程での異物混入対策、検査工程の最適化、短絡しても熱暴走しにくい安全技術の追加が挙げられる［2］。

メーカー公開の例では、充電電流と電圧を制御するチャージャーに加え、満充電で充電を止め、過放電・温度・短絡・過電流を検知するICチップやサーマルヒューズで安全を確保している。携帯用電池はUN38.3の試験項目（過充電・短絡・温度・振動・高度など）の対象になる［8］。

製造面では、有機溶媒の電解液が水分を苦手とするため、露点管理されたドライルームで作る［2］。電池の安全は、材料・回路・製造・検査の重ね合わせで成り立つといえる。

ここまで 見て きた くふうは、「もえる えきたいは そのまま」でした。では、もえない 水で つくれないのでしょうか。

日本の けんきゅうしゃが、水を ふくむ とくべつな えきたいを 見つけました。この えきたいは、3ボルト いじょうの でんあつを かけても、水の ように わかれません［1］。

この えきたいで、リチウムイオンでんちを はたらかせる ことに、はじめて せいこうしたと いいます［1］。ただし これは けんきゅうの だんかいで、お店で 売って いる でんちに つかわれて いる わけでは ありません。

電解液の燃えやすさそのものを減らす研究もあります。東京大学の山田研究室は、水を含むリチウム塩の液体「ハイドレートメルト」を見つけました。ふつうの水溶液は1.2ボルト程度で分解してしまいますが、ハイドレートメルトは、水を含んでいるのに、3ボルト以上でも分解しません［1］。

このハイドレートメルトを電解液にして、水系の電解液でリチウムイオン電池を作動させることに、初めて成功したと発表されました［1］。山田研究室は、不燃・無毒な新しい電解液の開発が求められている、と説明しています［1］。

ただし、これは研究の成果です。水系の電解液が、市販の電池にすでに使われているわけではありません。

有機溶媒をやめて水系に替えられないか。この問いに挑む研究がある。一般的な水溶液は約1.2Vで水素と酸素に電気分解されるが、東京大学の山田研究室が発見したハイドレートメルトは、水を含みながら3V以上でも分解せず、水系電解液でリチウムイオン電池を作動させることに初めて成功したと報告された［1］。

同研究室は、可燃・有毒な有機溶媒に頼らない、不燃・無毒な新規電解液材料の開発が求められているとする［1］。ただし、これは研究段階の成果であり、水系電解液を使った電池が市販されているとは読めない。

おうちの 中に、リチウムイオンでんちが はいって いる ものが あるか、さがして みましょう。「Li-ion」や「リチウムイオン」という もじが かいて ある ことが あります。

見つけたら、さわるだけに して、ぶんかいは しません。つよく おしたり、あつい ところに おいたり しない ように、おうちの 人と たしかめましょう。

もっと 知りたい 人は、よしのさんの おはなしを よんで みて ください。でんちが うまれる 時の、どきどきが つたわります［5］。

家にある充電式の電池を探してみましょう。スマホ、モバイルバッテリー、ワイヤレスのイヤホンなどの本体や箱に、「リチウムイオン」や「Li-ion」と書かれていることがあります。見つけたら、見るだけにして、分解や強い圧力はかけません。

もっと調べたい人は、吉野さんの講演記録と、山田研究室のプレスリリースがおすすめです［5］［1］。電池の安全が、人の工夫で一歩ずつ積み重ねられてきた様子が分かります。

一次資料としては、科学技術振興機構のScience Portalにある吉野彰氏の講演記録［5］、東京大学山田研究室のハイドレートメルトのプレスリリース［1］、NITEの講演資料［2］が出発点になる。熱暴走の温度の目安など、解説記事に基づく数値［4］は、原典に当たって確かめたい。

身の回りの機器にリチウムイオン電池が使われているかを表示で調べ、分解や強い衝撃は避けて観察するにとどめる。使い方に迷ったときは、機器の取扱説明書と、NITEなど公的機関の情報を見る。