El abultamiento (también conocido como hinchazón) es un fenómeno común en las fallas de las baterías de litio, que presenta riesgos para la seguridad (como incendio o explosión) y generalmente requiere la interrupción inmediata de su uso.
La esencia del abombamiento es la generación excesiva de gas dentro de la batería, lo que provoca un aumento de presión y deformación de la carcasa o de las celdas internas. Esto es común en las baterías de bolsa. Una producción ligeramente mayor de gas en las baterías prismáticas puede provocar un espesor deficiente de la batería y, en casos graves, puede provocar que se abra la válvula a prueba de explosión-.
Las causas del abultamiento de la batería incluyen:
I. Reacciones químicas internas que producen gas (causa raíz)
1.1 Descomposición de electrolitos
Sobrecarga:Cuando el voltaje es demasiado alto, la estructura del material del electrodo positivo se vuelve inestable, liberando oxígeno activo, que reacciona violentamente con el electrolito, generando una gran cantidad de calor y gas (como CO₂, CO).
Entorno de alta-temperatura:Los disolventes orgánicos del electrolito (como los carbonatos) se descomponen fácilmente y producen gases a altas temperaturas.
1.2 Descomposición y regeneración de la película SEI
Durante el ciclo normal, la interfaz del electrolito sólido (película SEI) en la superficie del electrodo negativo se reparará ligeramente, consumiendo electrolito y produciendo una pequeña cantidad de gas. Bajo sobrecarga o altas temperaturas, la película SEI se descompone significativamente, exponiendo el electrodo negativo (por ejemplo, grafito) que reacciona con el electrolito para generar hidrógeno y gases alcanos.
1.3 Reacción de impureza de humedad
Si se introduce humedad durante la producción, las sales de litio en el electrolito (por ejemplo, LiPF₆) reaccionarán con el agua para generar HF (corrosivo) e hidrógeno, lo que provocará hinchazón y daños materiales.
1.4 Recubrimiento de litio con electrodo negativo
Durante la carga a baja-temperatura, carga de alta-corriente o envejecimiento del electrodo negativo, los iones de litio pueden reducirse directamente a litio metálico en la superficie del electrodo negativo (recubrimiento de litio) en lugar de incrustarse en la capa de grafito.
El litio metálico reacciona con el electrolito para generar gases como el hidrógeno y también puede perforar el separador, provocando un cortocircuito.
Lo anterior describe las razones por las que las baterías se abultan, que son las principales causas (mecanismos) de producción de gas. La producción de gas es inevitable; Incluso con un diseño perfecto, una selección óptima de materiales y procesos de fabricación meticulosos, las baterías producirán gas. Se aceptan trazas de gas y el espacio interno de la batería puede acomodarlas.
Sin embargo, los defectos irrazonables de diseño y fabricación pueden acelerar la generación de gas, y el uso inadecuado de la batería también acelerará la producción de gas. A continuación se presentan principalmente los problemas de generación de gas causados por estos factores;
II. Defectos de diseño y fabricación
2.1 Problemas del proceso de producción
Un control inadecuado de la humedad en el entorno de producción provoca una humedad excesiva dentro de la celda de la batería.
El recubrimiento desigual de los electrodos y la desalineación del devanado/apilamiento pueden provocar una concentración de tensión localizada o riesgos de cortocircuito-.
ACEY-HFC250máquina de recubrimiento de electrodosse utilizan ampliamente en la investigación de diversas películas de revestimiento de alta-temperatura, incluidas cerámicas, estructuras cristalinas, materiales para baterías y nanomateriales especializados.
Una mala encapsulación provoca fugas de gas o un sellado deficiente.
2.2 Defectos materiales (separador)
La mala calidad (porosidad desigual, baja resistencia mecánica) lo hace propenso a encogerse o rasgarse.
Una formulación inadecuada de aditivos de electrolitos da como resultado propiedades formadoras de película - deficientes.
2.3 Falla de la válvula de seguridad
Algunas baterías-blandas o cilíndricas tienen válvulas de seguridad mal diseñadas que no pueden liberar la presión a tiempo cuando aumenta.
III. Condiciones de uso inadecuadas (causas comunes)
3.1 Sobrecarga/Descarga
Sobrecarga:La estructura positiva del electrodo colapsa, produciendo oxígeno y acelerando la descomposición del electrolito.
Sobre-descarga (bajo voltaje):El colector de corriente de cobre en el electrodo negativo se disuelve, lo que provoca cortocircuitos y producción de gas.
3.2 Entorno de alta-temperatura
La exposición prolongada a altas temperaturas (como la luz solar directa o altas temperaturas dentro de un vehículo) provoca un aumento exponencial en la tasa de reacciones secundarias.
La carga y descarga de alta-corriente provoca la acumulación de calor interno.
3.3 Daño mecánico
Apretarlo, perforarlo o dejarlo caer puede provocar una deformación estructural interna, lo que provocará micro-cortocircuitos o fugas de electrolitos.
3.4 Almacenamiento inactivo-a largo plazo
Almacenar la batería durante períodos prolongados con niveles de carga excesivamente altos o bajos provoca que continúen las reacciones secundarias.lenta y gradualmente produciendo gas.