Wybrzuszenie (znane również jako obrzęk) jest częstym zjawiskiem w przypadku awarii baterii litowej i stwarza zagrożenie bezpieczeństwa (takie jak pożar lub eksplozja) i zwykle wymaga natychmiastowego zaprzestania użytkowania.
Istotą wybrzuszenia jest wytworzenie się nadmiaru gazu wewnątrz akumulatora, co prowadzi do wzrostu ciśnienia i deformacji obudowy lub ogniw wewnętrznych. Jest to powszechne w przypadku akumulatorów kieszeniowych. Nieco większa produkcja gazu w bateriach pryzmatycznych może skutkować słabą grubością baterii, a w poważnych przypadkach może spowodować otwarcie-zaworu przeciwwybuchowego.
Przyczyny wybrzuszenia baterii obejmują:
I. Wewnętrzne reakcje chemiczne wytwarzające gaz (przyczyna pierwotna)
1.1 Rozkład elektrolitu
Przeładowanie:Gdy napięcie jest zbyt wysokie, struktura materiału elektrody dodatniej staje się niestabilna, uwalniając aktywny tlen, który gwałtownie reaguje z elektrolitem, wytwarzając dużą ilość ciepła i gazów (takich jak CO₂, CO).
Środowisko o wysokiej-temperaturze:Rozpuszczalniki organiczne w elektrolicie (takie jak węglany) łatwo rozkładają się i wytwarzają gaz w wysokich temperaturach.
1.2 Rozkład i regeneracja filmu SEI
Podczas normalnej pracy warstwa styku stałego elektrolitu (warstwa SEI) na powierzchni elektrody ujemnej ulega niewielkiej naprawie, zużywając elektrolit i wytwarzając niewielką ilość gazu. Pod wpływem przeładowania lub wysokich temperatur warstwa SEI ulega znacznemu rozkładowi, odsłaniając elektrodę ujemną (np. grafit), która reaguje z elektrolitem, wytwarzając gazowy wodór i alkany.
1.3 Reakcja na wilgoć i zanieczyszczenie
Jeżeli podczas produkcji przedostanie się wilgoć, sole litu w elektrolicie (np. LiPF₆) zareagują z wodą, wytwarzając HF (żrący) i wodór, co prowadzi do pęcznienia i uszkodzeń materiału.
1.4 Powłoka litowa z elektrodą ujemną
Podczas ładowania w niskiej-temperaturze, ładowania-wysokoprądowym lub starzenia się elektrody ujemnej jony litu mogą zostać bezpośrednio zredukowane do metalicznego litu na powierzchni elektrody ujemnej (powłoka litowa), zamiast osadzać się w warstwie grafitu.
Lit metaliczny reaguje z elektrolitem, wytwarzając gazy, takie jak wodór, a także może przebić separator, powodując zwarcie.
Powyżej opisano przyczyny wybrzuszania się akumulatorów, które są głównymi przyczynami (mechanizmami) wytwarzania gazu. Produkcja gazu jest nieunikniona; nawet przy doskonałym projekcie, optymalnym doborze materiałów i skrupulatnych procesach produkcyjnych akumulatory będą wytwarzać gaz. Dopuszczalne są śladowe ilości gazu i przestrzeń wewnętrzna akumulatora jest w stanie je pomieścić.
Jednakże nieuzasadnione wady projektowe i produkcyjne mogą przyspieszyć wytwarzanie gazu, a niewłaściwe użycie akumulatora również przyspieszy wytwarzanie gazu. Poniżej przedstawiono głównie problemy związane z wytwarzaniem gazu spowodowane tymi czynnikami;
II. Wady projektowe i produkcyjne
2.1 Zagadnienia związane z procesem produkcyjnym
Niewłaściwa kontrola wilgotności w środowisku produkcyjnym prowadzi do nadmiernej wilgoci wewnątrz ogniwa akumulatora.
Nierówna powłoka elektrody i niewspółosiowość uzwojenia/ułożenia mogą powodować miejscową koncentrację naprężeń lub-ryzyko zwarcia.
ACEY-HFC250maszyna do powlekania elektrodsą szeroko stosowane w badaniach nad różnymi-temperaturowymi powłokami, w tym ceramiką, strukturami krystalicznymi, materiałami akumulatorowymi i specjalistycznymi nanomateriałami.
Zła hermetyzacja powoduje wyciek gazu lub słabe uszczelnienie.
2.2 Wady materiałowe (separator)
Zła jakość (nierówna porowatość, mała wytrzymałość mechaniczna) powoduje, że jest podatna na skurcz lub rozdarcie.
Niewłaściwy skład dodatku elektrolitowego powoduje słabe-właściwości tworzenia filmu.
2.3 Awaria zaworu bezpieczeństwa
Niektóre akumulatory-miękkie lub cylindryczne mają źle zaprojektowane zawory bezpieczeństwa, które nie są w stanie zwolnić ciśnienia w odpowiednim czasie, gdy ono wzrośnie.
III. Niewłaściwe warunki użytkowania (częste przyczyny)
3.1 Przeładowanie/rozładowanie
Przeładowanie:Dodatnia struktura elektrody zapada się, wytwarzając tlen i przyspieszając rozkład elektrolitu.
Nadmierne-rozładowanie (niskie napięcie):Miedziany kolektor prądu na elektrodzie ujemnej rozpuszcza się, co prowadzi do zwarć i wytwarzania gazu.
3.2 Środowisko-o wysokiej temperaturze
Długotrwałe narażenie na wysokie temperatury (takie jak bezpośrednie światło słoneczne lub wysokie temperatury wewnątrz pojazdu) powoduje wykładniczy wzrost częstości reakcji ubocznych.
Wysoki{0}}prąd ładowania i rozładowywania prowadzi do wewnętrznej akumulacji ciepła.
3.3 Uszkodzenia mechaniczne
Zciśnięcie, przebicie lub upuszczenie może spowodować wewnętrzną deformację strukturalną, prowadzącą do mikro-zwarć lub wycieku elektrolitu.
3.4 Długoterminowe-przechowywanie bezczynne
Przechowywanie akumulatora przez dłuższy czas przy zbyt wysokim lub niskim poziomie naładowania powoduje dalsze reakcje ubocznepowoli, stopniowo wytwarzając gaz.