Lithium-ion battery fires: thermal runaway safety and containment¶

Lithium-ion batteries power billions of consumer and commercial devices, from smartphones, laptops, and portable power banks to cordless power tools, electric bicycles (e-bikes), electric scooters, home solar energy storage walls, and electric vehicles (EVs). While properly manufactured and maintained cells operate safely for years, physical impacts, overcharging, subzero charging, water intrusion, or uncertified chargers can push a lithium-ion cell into a self-sustaining, catastrophic chemical chain reaction called thermal runaway.

Durante la fuga térmica, un cortocircuito interno hace que la temperatura de la celda aumente más allá de 600 a 1000 grados Celsius (1100 a 1830 grados Fahrenheit) en segundos. El electrolito líquido orgánico vaporiza y ventila gases inflamables, tóxicos y presurizados que se encienden en chorros direccionales similares a un soplete. Debido a que los materiales catódicos de óxido metálico en descomposición liberan su propio oxígeno internamente, un incendio en una batería de iones de litio no puede sofocarse como un incendio ordinario de madera o grasa y requiere una evacuación inmediata y un enfriamiento especializado con agua de alto volumen.

Haz esto ahora¶

1. Evacue la habitación y el edificio de inmediato. Saque a todas las personas y mascotas de la habitación de inmediato y cierre la puerta interior firmemente detrás de usted para contener la nube de vapor explosivo y bloquear la propagación del fuego mientras sale del edificio.
2. Nunca inhale la nube de vapor blanca, gris o negra de la batería. Manténgase agachado por debajo de la capa de humo mientras evacua; Las células de iones de litio que se ventilan liberan fluoruro de hidrógeno (HF), fluoruro de fosforilo (\(\text{POF}_3\)), cianuro de hidrógeno (HCN) y monóxido de carbono (CO) que causan daño pulmonar químico grave y toxicidad sistémica en unas pocas respiraciones.
3. Llame a su número de emergencia local desde fuera. Marque 911 en Estados Unidos y Canadá, 112 en toda la Unión Europea, 999 en el Reino Unido o 000 en Australia (ver todos números de emergencia) e indique explícitamente que una batería de iones de litio está en fuga térmica (y especifique el tamaño: teléfono, bicicleta eléctrica, pared solar o vehículo eléctrico) para que los bomberos desplieguen líneas de agua de gran volumen y aparatos de respiración autónomos (SCBA).
4. Corte la energía eléctrica en el disyuntor principal solo si es seguro. Si el dispositivo está enchufado y su panel de disyuntor eléctrico está ubicado en un área segura y libre de humo a lo largo de su camino de salida, apague el disyuntor; nunca alcance un cargador, un tomacorriente o un cable de batería humeantes.
5. Use abundante agua en dispositivos pequeños o use un extintor solo en los muebles circundantes. Los extintores de incendios químico seco ABC estándar o \(\text{CO}_2\) no pueden detener la fuga térmica química dentro de las celdas de la batería; úselos solo para apagar las llamas en cortinas o alfombras que bloquean su salida, o vierta grandes volúmenes de agua desde una distancia segura en un pequeño dispositivo desenchufado del tamaño de un teléfono inteligente para enfriar las celdas adyacentes.
6. Protéjase contra el reencendido retardado durante 24 a 72 horas. Nunca vuelva a llevar una batería quemada, caída o hinchada al interior después de que se apaguen las llamas, porque el calor residual atrapado y la energía eléctrica varada con frecuencia hacen que las celdas adyacentes en el paquete exploten horas o días después.

Flujo de decisiones de emergencia para fallas de baterías de iones de litio¶

flowchart TD
    Start["Anomalía detectada en la batería de iones de litio<br/>Hinchazón, calor extremo, silbido, olor dulce a solvente o vapor"] --> ActiveVent{"¿La batería silba, explota activamente,<br/>expulsa vapor blanco/gris o dispara llamas?"}

    ActiveVent -->|Yes, active thermal runaway| LocationCheck{"¿Dónde está ubicada la batería encendida?"}
    LocationCheck -->|Home, Apartment, Garage, or EV| EvacuateNow["Evacue inmediatamente y cierre las puertas<br/>NO toque, patee ni transporte la batería<br/>Manténgase agachado; Evite inhalar la nube de vapor de HF blanca/gris."]
    LocationCheck -->|Inside Aircraft or Train Cabin| CrewAlert["Alerte a la tripulación de cabina inmediatamente<br/>NO mueva el mecanismo del asiento si el teléfono está atascado en el asiento<br/>La tripulación apaga las llamas con halón y vierte agua"]

    EvacuateNow --> CallDispatch["Llamar al servicio de emergencia desde el exterior<br/>911 EE. UU./Canadá, 112 UE, 999 Reino Unido<br/>Informar el tamaño exacto de la batería (teléfono, bicicleta eléctrica o vehículo eléctrico)"]
    CrewAlert --> Submerge["La tripulación sumerge el dispositivo enfriado en un contenedor de agua<br/>Supervise durante el resto del viaje"]

    ActiveVent -->|No, only swollen ('spicy pillow') or warm| UnplugSafe["Apague y desenchufe el cargador de forma segura<br/>Nunca perfore, apriete ni haga palanca en una bolsa de aluminio hinchada."]
    UnplugSafe --> IsolateOutdoors["Aislar dispositivos pequeños al aire libre sobre concreto o arena<br/>Mantener al menos a 5 metros (16 pies) de las estructuras<br/>Transporte a una instalación municipal de desechos peligrosos (HHW)"]

Electroquímica de la fuga térmica: por qué los incendios de baterías se comportan como sopletes¶

Para comprender por qué no se puede sofocar la batería de una bicicleta eléctrica o de un teléfono inteligente en llamas con una bandeja para hornear, una toalla o una manta ignífuga, es útil examinar lo que sucede dentro de una celda de iones de litio durante las cuatro etapas de falla:

1. Arquitectura de ánodo, cátodo, separador y electrolito orgánico¶

Cada celda recargable de iones de litio contiene cuatro componentes internos centrales firmemente enrollados o apilados dentro de una bolsa de aluminio sellada o un recipiente cilíndrico de acero: - El ánodo (electrodo negativo): normalmente está hecho de grafito recubierto sobre una fina lámina de cobre, que almacena iones de litio cuando la batería está cargada. - El cátodo (electrodo positivo): Hecho de un óxido metálico de litio, como óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), óxido de litio y cobalto (LCO) o fosfato de litio y hierro (LFP), recubierto sobre papel de aluminio. - El separador de polímero: una película microscópica y porosa de polietileno o polipropileno de solo 12 a 25 micrómetros de espesor (aproximadamente un cuarto del espesor de un cabello humano) que evita físicamente que el ánodo y el cátodo se toquen mientras permite que los iones de litio pasen de un lado a otro. - El electrolito líquido: una sal de litio, más comúnmente hexafluorofosfato de litio (\(\text{LiPF}_6\)), disuelta en solventes de carbonato orgánico altamente inflamables (carbonato de etileno, carbonato de dimetilo y carbonato de dietilo) que tienen puntos de inflamación similares a los de la gasolina.

2. La reacción en cadena exotérmica de cuatro etapas¶

1. Etapa 1: ruptura del separador y cortocircuito interno (70 a 90 C / 158 a 194 F): aplastamiento mecánico (dejar caer un scooter, estrellar un vehículo eléctrico o hacer crujir un teléfono en un asiento reclinable), sobrecarga de más de 4,25 voltios por celda, corrosión por agua en todo el sistema de administración de batería (BMS) o dendritas metálicas de litio microscópicas (agujas afiladas que crecen en el ánodo cuando se carga una batería). en temperaturas bajo cero por debajo de 0 C / 32 F) perforar el fino separador de polímero. El ánodo y el cátodo se tocan directamente, descargando toda la energía eléctrica almacenada a través de un punto microscópico.
2. Etapa 2: Desintegración de la capa SEI y autocalentamiento (90 a 130 C / 194 a 266 F): Alrededor de 90 grados Celsius, la película protectora de interfase de electrolito sólido (SEI) en el ánodo de grafito se disuelve exotérmicamente. Incluso si desconectas el cargador en este momento, la reacción química dentro de la celda ahora genera su propio calor más rápido de lo que la carcasa puede disiparlo.
3. Etapa 3: Fusión del separador y vaporización del electrolito (130 a 200 C / 266 a 392 F): De 130 a 165 grados Celsius, todo el separador de polímero se funde por completo, convirtiendo toda la superficie de la celda en un enorme cortocircuito. Los solventes líquidos de carbonato orgánico se hierven y se convierten en gas inflamable a alta presión (una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, metano, etileno y gotas de solvente vaporizadas), células de bolsa abultadas o estallando el respiradero de seguridad de las células cilíndricas de acero con un fuerte silbido.
4. Etapa 4: Descomposición del cátodo y liberación de oxígeno autógeno (200 a 1000+ C / 392 a 1830+ F): Por encima de 200 grados Celsius, la estructura cristalina del cátodo de óxido metálico colapsa y libera oxígeno molecular puro (\(\text{O}_2\)) internamente. Debido a que la batería suministra su propio combustible, su propio calor de ignición y su propio oxidante interno, arde ferozmente incluso bajo el agua, en el vacío o debajo de dióxido de carbono (\(\text{CO}_2\)) o mantas de espuma. En paquetes de varias celdas (como un paquete de bicicleta eléctrica de 48 V que contiene de 50 a 90 baterías cilíndricas). 18650 o 21700 células), el calor de 900 grados Celsius de la Celda #1 se conduce a través de las barras colectoras de níquel a la Celda #2 en 10 a 30 segundos, desencadenando una cascada de explosiones similar a un dominó (propagación de célula a célula).

Señales tempranas de alerta de una fuga térmica inminente¶

Una batería de iones de litio casi siempre muestra señales de advertencia físicas, olfativas o auditivas minutos, horas o días antes de que estallen las llamas. Reconocer estos precursores le permite aislar el dispositivo al aire libre antes del encendido:

• Hinchazón, abultamiento o deformación en forma de "almohada picante": En las celdas de las bolsas planas (teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras portátiles y bancos de energía portátiles), el gas de la lenta descomposición del electrolito infla la bolsa de aluminio sellada. Esté atento a la pantalla de un teléfono inteligente que se separa del marco, una computadora portátil cuyo fondo metálico se balancea de manera desigual sobre un escritorio plano o un trackpad que de repente se vuelve rígido y se niega a hacer clic.
• Silbidos, silbidos, chasquidos o chasquidos agudos: en las celdas cilíndricas de acero (bicicletas eléctricas, scooters, taladros inalámbricos y vehículos eléctricos), la presión interna aumenta hasta que el disco metálico de ventilación de seguridad rayado se rompe con un clic o pop metálico agudo seguido de un silbido fuerte y presurizado.
• Olor dulce, afrutado, a quitaesmalte: antes de que aparezca humo visible, la fuga o ventilación de los disolventes de carbonato de dimetilo y carbonato de etilmetilo produce un olor químico distintivo, dulce y penetrante, parecido a la acetona (quitaesmalte), chicle o éter.
• Calor extremo no provocado: Una batería o un teléfono que se calienta dolorosamente al tacto (más de 60 grados Celsius / 140 grados Fahrenheit) mientras se carga o permanece inactivo en una mochila está experimentando un microcortocircuito interno activo.
• Vapor presurizado denso, blanco o gris: antes del encendido de la llama abierta, la batería expulsa corrientes espesas y pesadas de vapor blanco o gris que consiste en gotas de electrolito inflamable en aerosol y gas hidrógeno. Cuidado con las explosiones de nubes de vapor blanco: A veces, una batería libera gas blanco sin captar una chispa inmediatamente. Si esta nube blanca llena una habitación cerrada, un armario o un pasillo, forma una mezcla explosiva de combustible y aire que puede detonar con una onda de presión violenta (deflagración) en el momento en que alcanza el compresor de un refrigerador, un interruptor de luz o una chispa estática, destruyendo ventanas y paredes interiores.

Comparing Battery Chemistries, Fire Behavior, and Suppression Agents¶

Not all batteries react identically when damaged or overcharged. Use this technical reference table to distinguish standard rechargeable lithium-ion chemistries from lithium iron phosphate, lead-acid, and non-rechargeable metallic lithium cells.

Why Standard Fire Extinguishers Fail on Battery Packs¶

Understanding what common home and office fire extinguishers can, and cannot, do during a lithium-ion emergency prevents fatal delays:

Toxic Gas Hazards and First Aid for Battery Smoke & Acid Exposure¶

The white, gray, or black plume venting from a lithium-ion battery is an acutely toxic chemical weapon cloud. When the \(\text{LiPF}_6\) electrolyte salt reacts with heat and trace water vapor in the air, it decomposes into hydrogen fluoride (HF) gas and phosphoryl fluoride (\(\text{POF}_3\)), alongside carbon monoxide (CO), hydrogen cyanide (HCN), formaldehyde, benzene, and aerosolized heavy-metal oxides (cobalt, nickel, and manganese).

Why Hydrogen Fluoride (HF) Is Uniquely Lethal¶

The OSHA/NIOSH Immediately Dangerous to Life or Health (IDLH) threshold for hydrogen fluoride gas is just 30 parts per million (ppm), yet a single venting e-bike or EV battery in an enclosed garage or apartment hallway can generate local HF concentrations of 100 to 1,000+ ppm. - When inhaled into the moist airways or deposited onto sweaty skin, HF gas forms hydrofluoric acid. - Unlike hydrochloric or sulfuric acid, which dissociate immediately and burn only the outer surface layer, undissociated hydrofluoric acid molecules pass effortlessly through intact skin and alveolar lung membranes deep into tissues and the bloodstream. - Once inside the body, the fluoride ion (\(\text{F}^-\)) binds voraciously to positively charged calcium (\(\text{Ca}^{2+}\)) and magnesium (\(\text{Mg}^{2+}\)) ions, stripping calcium out of nerves, heart muscle, and bone: 1. Delayed Chemical Pulmonary Edema (12 to 36 hours later): A person who breathes 3 or 4 lungfuls of white battery vapor while kicking a burning scooter out of their hallway may feel only mild throat scratchiness and a dry cough for the first 4 hours, then wake up in the middle of the night drowning in pink frothy lung fluid as delayed chemical pneumonitis and laryngeal edema set in. 2. Systemic Hypocalcemia and Sudden Cardiac Arrest: Absorbed fluoride precipitates blood calcium into insoluble calcium fluoride, triggering tetany, QT-interval prolongation on the ECG, and sudden fatal ventricular fibrillation.

Step-by-Step First Aid for Battery Vapor or Liquid Contact¶

1. Evacuate to fresh air upwind immediately: Never re-enter a smoke-filled room to retrieve pets or valuables without firefighter positive-pressure SCBA breathing gear.
2. Strip contaminated clothing: If visible battery vapor condensate, black electrolyte soot, or liquid electrolyte sprayed onto someone's clothing or skin, remove their outer clothing immediately (using nitrile gloves if available so you do not burn your own hands) and seal the clothes in a plastic bag.
3. Flush skin or eyes with running water for 15 to 20 minutes: Irrigate any exposed skin or eyes immediately under a strong stream of cool tap water, a shower, or sterile saline for a full 15 to 20 minutes.
4. Apply 2.5% Calcium Gluconate Gel if available: If an industrial or laboratory workplace first aid kit contains 2.5% calcium gluconate topical gel (the specific chemical antidote that binds fluoride ions before they steal body calcium), massage the gel continuously into flushed skin burns while waiting for paramedics.
5. Mandate emergency department evaluation for ANY enclosed smoke inhalation: Anyone who inhaled visible lithium-ion battery vapor inside a room, garage, vehicle, or stairwell, or who has a cough, hoarse voice, stridor, chest tightness, eye burning, or a soapy/metallic taste in the mouth, must go to a hospital emergency department immediately for at least 12 to 24 hours of observation, serial blood calcium/magnesium/potassium testing, continuous ECG monitoring, and nebulized 2.5% calcium gluconate inhalation therapy, even if they feel fine at the scene.

Containment Protocols by Device Size and Environment¶

1. Smartphones, Vapes, Earbuds, Laptops, and Power Banks (5 to 100 Wh)¶

• Managing a swollen ("spicy pillow") battery that is NOT hot or hissing:
• Power the device down immediately and unplug the charging cable.
• Never try to puncture a swollen battery pouch with a pin to "relieve pressure," and never try to pry a glued swollen battery out of a phone or laptop chassis with a metal screwdriver or knife. The foil pouch is stretched taut with flammable gas; a tiny pinhole admits air and sparks an instant blowtorch flare.
• Carry the intact device outdoors away from stairs and doors. Place it inside a metal bucket, cast-iron Dutch oven, or clay flowerpot half-filled with dry sand, soil, or non-clumping mineral kitty litter (or Vermiculite) in a covered outdoor spot at least 5 meters (16 feet) from your house, and bring it to a municipal Household Hazardous Waste (HHW) center or Call2Recycle drop-off point. Never throw any lithium-ion battery or disposable vape into household trash or curbside recycling bins, where garbage truck hydraulic compactors crush them and ignite hundreds of sanitation truck and recycling plant fires every year.
• If a small phone, vape, or laptop ignites indoors:
• Si puede desconectar con seguridad el cable de la pared o accionar el disyuntor sin respirar el humo, hágalo.
• Once initial 30-to-60-second flare jets subside, pour pitchers or buckets of plain water continuously over the device to cool the remaining cells below runaway temperature.
• Using long metal barbecue tongs, fire gloves, or a long-handled metal shovel (while keeping your face upwind), scoop the cooled device into a deep metal or heavy plastic bucket filled with 10+ liters (2.5+ gallons) of water outdoors and leave it submerged for at least 48 hours to bleed off residual heat.

2. E-Bikes, Electric Scooters, and Hoverboards (250 to 2,000 Wh)¶

Micromobility battery packs store 20 to 100 times more energy than a smartphone battery and represent the fastest-growing cause of fatal urban apartment fires worldwide.

• When an e-bike battery hisses or smokes, DO NOT fight it, EVACUATE: Once a 500 to 1,000 Wh e-bike pack begins hissing or popping, you have roughly 10 to 20 seconds before the room fills with blinding toxic smoke and 1,000-degree-Celsius jet flames. Leave it where it is, get everyone out of the room, pull the room door shut, and leave the building.
• The Golden Rule of Apartment Storage: Never store or charge an e-bike, e-scooter, or hoverboard in an apartment foyer, narrow hallway, living room path blocking the front door, or building stairwell. Over 70 percent of e-bike fire fatalities occur because the bike was charging right beside the apartment's only exit door, trapping the family inside bedrooms when the battery erupted. Store and charge micromobility batteries outdoors in a detached shed if possible, or in a separate room with a closable door and a window far from your front exit path.
• Strict Safe-Charging Rules for Micromobility:
• Only buy e-bikes certified to UL 2849 and e-scooters certified to UL 2272 by an accredited testing laboratory (UL, ETL/Intertek, or CSA).
• Use only the exact original manufacturer's charger: Never use an aftermarket "universal" charger or plug a 54.6V (48V nominal) charger into a 42V (36V nominal) battery pack; over-voltage bypasses cell protection and guarantees a violent explosion within 30 minutes.
• Never charge unattended while sleeping or after leaving home.
• Wait 60 minutes after riding before plugging in, and never charge below 0 C (32 F): Let a hot battery cool down to room temperature after a ride, and let a freezing winter battery warm up above 5 to 10 degrees Celsius (41 to 50 degrees Fahrenheit) indoors for two hours before connecting the charger to prevent lithium plating dendrites.
• Never buy "rebuilt," second-hand, or tape-wrapped battery packs, and retire any e-bike battery immediately if the bike takes a hard crash onto pavement or is ridden through deep puddles above the bottom bracket.

3. Electric Vehicles (EVs), Hybrids, and Home Solar Storage Walls (10,000 to 100,000+ Wh)¶

• Home garage EV or solar wall anomaly: If an EV parked in your attached garage or a garage-mounted lithium-ion solar storage battery (such as a Powerwall or Enphase/LG wall unit) begins making popping sounds, hissing, or emitting sweet chemical odors or white smoke:
• Do NOT open the overhead garage door and walk inside the smoke-filled garage to unplug the car or move it.
• Evacuate every person and pet out of the house immediately, closing the heavy fire-rated door between the house and the garage firmly behind you.
• Call 911 from across the street and stay at least 30 meters (100 feet) upwind.
• Saltwater and flood submersion danger: If a hurricane storm surge, coastal flood, or deep freshwater flood submerges the lower chassis of an EV, plug-in hybrid, golf cart, or e-bike, treat the vehicle as a live incendiary bomb for the next 30 days. Conductive saltwater penetrates battery pack breathers and corrodes high-voltage busbars, causing violent spontaneous thermal runaway fires days or weeks after the floodwaters have completely dried up. Never park a flood-exposed EV inside a garage or within 15 meters (50 feet) of any house, building, or other vehicle until a certified high-voltage dealership technician inspects and drains the traction pack.

4. Commercial Aircraft and Passenger Train Cabin Emergencies¶

If you are flying on an airliner or riding a high-speed train and a smartphone, tablet, power bank, or vape becomes hot, starts smoking, or slips down inside the seat cushions:

• If your phone drops into an adjustable airline seat mechanism: DO NOT MOVE THE SEAT: Modern business-class lie-flat seats and economy reclining seats contain heavy steel scissor levers that crush a trapped smartphone like a hydraulic press if you slide or recline the seat, making seat-jammed phones the #1 cause of in-flight lithium-ion fires. Leave the seat completely still and press the flight attendant call button immediately so crew can lift the seat cushion off safely.
• If a device smokes or ignites in flight: Shout for a flight attendant immediately. Do not throw a burning device on the floor or smother it under pillows/blankets. Cabin crew are trained under FAA / EASA SAFO protocols to put on heat-resistant gloves, knock down any fabric flames with a Halon 1211 extinguisher, immediately pour liters of plain water, soda, coffee, or juice directly onto the smoking device to cool the cells below thermal runaway temperature, and place the drowned device inside a water-filled containment bucket or specialized thermal containment bag monitored until landing.

Preguntas frecuentes¶

Fuentes verificadas¶

• National Fire Protection Association (NFPA, United States): Lithium-Ion Battery Safety, Micromobility (E-Bike and E-Scooter) Fire Safety, and Alternative Fuel Vehicles Emergency Field Guide.
• Institutos de investigación de UL (Soluciones UL/Instituto de investigación de seguridad contra incendios, Estados Unidos): Comprensión de los estándares de certificación UL 2849/UL 2272, toxicidad del gas y fuga térmica de baterías de iones de litio.
• Administración Federal de Aviación (FAA, Estados Unidos) y Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (EASA): SAFO 09013 / Guía PackSafe para combatir incendios de baterías de iones de litio en vuelo en cabinas de aviones utilizando halones y agua.
• Cuerpo de Bomberos de Londres y Consejo Nacional de Jefes de Bomberos (Reino Unido): #ChargeSafe E-Bike y E-Scooter Thermal Runaway, Deflagración de nubes de vapor y Guía de protección de rutas de escape.
• Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH/CDC, Estados Unidos): Pautas de manejo médico de toxicidad sistémica del fluoruro de hidrógeno (HF) y gluconato de calcio.

Guías relacionadas¶

• What to do after a car crash (EV battery hazards)
• Electrical fire and sparking outlets
• Kitchen fires and grease fires
• Chemical spills and toxic gas leaks
• Severe burns and chemical scalds
• Directorio de números de emergencia