ポータブル電子機器と電気自動車（EV）の普及に伴い、リチウムイオン電池の需要は不断に増加しています。しかし、電池の破損や機能不全の問題も日増しに顕在化し、産業界に多大な課題をもたらしています。本稿では、リチウムイオン電池が破損する原因、産業への影響、以及その革新的な解決策について探討します。
電池は輸送過程（荷役時の落下、運搬中の衝撃）や使用過程（デバイスの落下、外部からの押し潰し）で、衝撃や圧迫を受けることがあります。これにより電池の外装ケース（アルミニウム合金や樹脂製）が変形・亀裂し、内部のセパレーター（正負極を隔てる絶縁膜）が破断すると、正負極が直接接触して内部短絡が発生し、最終的に破損に至ります。
電池の充放電が設計上の許容範囲を超えると、内部構造が損傷する可能性が高まります。
- 過充電：充電電圧が定格電圧を大幅に超えると（例：定格 3.7V の電池を 5V で充電）、負極へのリチウムイオンの挿入量が上限を超え、リチウムデンドライト（針状のリチウム結晶）が析出。このデンドライトがセパレーターを突き破ると内部短絡が起こり、電池が膨らんだり発火したりする；
- 過放電：放電電圧が下限値を下回ると（例：定格 3.0V の電池を 2.0V 以下まで放電）、正極材料の結晶構造が崩壊し、電池の不可逆的な性能劣化を引き起こし、再充電が不能になる「機能的破損」が発生します。
電池内部での化学反応が制御不能になると、大量の熱が瞬間的に発生する「熱暴走」が引き起こされ、これが電池破損の主な原因の一つとなります。熱暴走の引き金としては、内部短絡（セパレーター破断による）、高温環境暴露（例：直射日光の車内で 60℃以上になる場合）、外部短絡（電池端子の誤接触）などがあります。熱暴走が発生すると、電池温度は数秒で 800℃以上に達し、電解液の燃焼やガス爆発により外装が破裂し、破損が急速に進行します。
電池生産過程での品質管理ミスによる欠陥も、破損リスクを高めます。例えば：
- 正極・負極の塗布ムラ（一部が過度に厚くなる）があると、充放電時に局部的に電流が集中して発熱しやすく；
- セパレーターに微小な穴（ピンホール）があると、使用中にこの部分から内部短絡が発生；
- 組立て時に異物（金属片、塵埃）が電池内部に混入すると、異物を介して正負極が短絡する可能性があります。これらの製造欠陥は、初期の性能不良として表れる場合もあれば、使用数ヶ月～数年後に突然破損を引き起こす場合もあります。
電池破損に伴う最も深刻な影響は、使用者や周囲の安全への脅威です。破損した電池が発火・爆発すると、周囲の可燃物（家具、車内用品）に引火して大規模な火災に発展するリスクがあります。日本消防庁の統計によれば、2023 年全国で報告された「モバイル機器火災」の約 65% がリチウムイオン電池の破損（主に過充電や物理的衝撃による）に起因し、其中でもスマートフォンやノートパソコンの充電中の火災が多くを占めています。また、EV の電池パックが破損した場合、火災の鎮火に長時間を要することや、有毒ガスが発生することも、消防・救援活動に課題を与えています。
電池破損は企業に多大な経済的損失をもたらします。
- 製品リコール：電池の設計欠陥や品質不良による破損事例が発生すると、企業は販売済みの製品（EV、家電製品）をリコールして電池を交換する必要があり、この費用（輸送費、交換部品費、人件費）は億円単位に達することがあります。例えば、某 EV メーカーは 2022 年に電池の熱暴走リスクを理由に、全球で数十万台の車両をリコールし、関連費用は約 500 億円に上った；
- 維持・補修コスト：製品の保証期間内に電池破損が発生した場合、企業は無償で電池を交換する義務があり、保証コストの増加を招き；
- ブランドイメージの低下：安全事故が公表されると、消費者の信頼度が低下して製品の販売量が減少し、長期的な経済損失に繋がります。
破損したリチウムイオン電池が不適切に処理されると、環境への汚染が発生します。電池内部の有害物質（コバルト、ニッケルなどの重金属、炭酸エステル系電解液）が漏出すると：
- 土壌に浸透して植物の生育を阻害し、土壌の肥沃度を恒久的に低下；
- 雨水と混合して地下水や河川を汚染し、水生生物の死亡や生態系の崩壊を引き起こ；
- 揮発した電解液ガスが大気汚染の原因にもなります。特に、破損電池が一般ゴミと一緒に埋立て処理された場合、長期間にわたって有害物質が溶出し、周辺地域の環境を長期的に汚染します。
電池の耐破損性を向上させるため、構造と材料の最適化が進められています。
- 構造設計：電池パックに「多層緩衝構造」を導入し、外部からの衝撃を吸収する。例えば、EV の電池パック下部にアルミニウム合金製の防護プレートと発泡樹脂の緩衝層を設け、走行中の石跳ねや障害物との接触による物理的損傷を防ぐ；
- 材料革新：外装ケースに「高強度樹脂（例：ポリフェニレンサルファイド、PPS）」を使用し、耐衝撃性と耐熱性を向上；セパレーターに「熱収縮しにくい耐熱性ポリイミド膜」を採用し、高温時のセパレーター破断を抑制して内部短絡リスクを低減します。
電池の状態をリアルタイムで監視し、過充電・過放電や熱暴走を事前に予防するシステムが開発されています。
- センサー搭載：電池セルごとに温度センサーと電圧センサーを埋め込み、充放電時の温度上昇（例：1 分間に 5℃以上の急上昇）や電圧異常（定格電圧の ±10% を超える場合）を即座に検知；
- AI 解析：収集したセンサーデータを AI で解析し、電池の劣化度合いや破損リスクを予測。リスクが高まった場合、充電を自動的に停止したり、使用者にスマートフォンアプリで警告を送信したりすることで、事故を未然に防ぎます。例えば、某スマートフォンメーカーは「AI バッテリー管理システム」を搭載し、電池温度が 45℃を超えると充電速度を低下させ、過充電を防止する機能を実装しています。
電池設計に安全機能を追加し、破損時のリスクを低減する対策が実施されています。
- 安全弁（あんぜんべん）：電池内部でガスが異常に発生して内圧が上昇した場合、安全弁が自動的に開いてガスを排出し、電池の破裂や爆発を防ぐ。現在のリチウムイオン電池では、内圧が定格値の 2～3 倍に達すると作動する安全弁が標準装備されることが多い；
- 断熱材料（だんねつざいりょう）：電池パックの内部にセラミックファイバーやアルミナシートなどの断熱材料を配置し、一部の電池セルが熱暴走した場合でも、熱が他のセルに伝播する「熱伝播」を抑制。EV の電池パックでは、セル間に 1～2mm の断熱層を設けることで、熱暴走の拡大を防ぐ設計が主流となっています；
- 短絡防止回路（たんらくぼうしかいろ）：充電回路に「過電流保護素子（PTC）」を搭載し、短絡により過大な電流が流れた場合に回路を自動的に遮断し、電池の過熱を防止します。
破損電池による環境汚染を削減するため、専門の回収体系を構築して適切な処理を行うことが重要です。
- 回収ネットワークの整備：企業や自治体が「破損電池専用回収ポイント」を家電量販店、EV ディーラー、清掃センターなどに設置し、消費者が容易に破損電池を引き渡せるようにする。例えば、日本では「家電リサイクル法」に基づき、スマートフォンやノートパソコンの破損電池を販売店で無料で回収する制度が普及しています；
- 安全な処理プロセス：回収した破損電池は、「低温安定化処理（-20℃以下で電解液の反応性を低下）→機械的破砕→材料分離→有害物質無害化」の工程で処理。金属成分（コバルト、リチウム）は精製して新しい電池の原料として再利用し、有害な残渣は安定化処理後に安全に処分することで、環境への負荷を最小限に抑えます。
リチウムイオン電池の破損問題は、技術面・管理面にわたる複雑な課題です。産業界全体が協力し、技術革新（設計・監視システムの進化）と安全管理（防護対策・回収体系の整備）を通じて電池の安全性と信頼性を向上させる必要があります。こうした取り組みを進めることで、リチウムイオン電池産業の持続可能な発展を確保できるでしょう。
- 核心用語の産業適合性
- 熱暴走（ねっぼうそう）：日本電池工業会（JBA）「リチウムイオン電池安全試験方法」で定義される標準用語で、「電池内部で急激な発熱反応が連鎖的に進行し、温度と内圧が急上
