Le renflement (également appelé gonflement) est un phénomène courant en cas de panne de batterie au lithium, présentant des risques pour la sécurité (tels qu'un incendie ou une explosion) et nécessite généralement l'arrêt immédiat de l'utilisation.
L’essence du gonflement est la génération excessive de gaz à l’intérieur de la batterie, entraînant une augmentation de la pression et une déformation du boîtier ou des cellules internes. Ceci est courant dans les piles de poche. Une production de gaz légèrement supérieure dans les batteries prismatiques peut entraîner une mauvaise épaisseur de la batterie et, dans les cas graves, provoquer l'ouverture de la valve antidéflagrante-.
Les causes du gonflement de la batterie comprennent :
I. Réactions chimiques internes produisant du gaz (cause profonde)
1.1 Décomposition de l'électrolyte
Surcharge :Lorsque la tension est trop élevée, la structure matérielle de l'électrode positive devient instable, libérant de l'oxygène actif, qui réagit violemment avec l'électrolyte, générant une grande quantité de chaleur et de gaz (tels que CO₂, CO).
Environnement à haute-température :Les solvants organiques présents dans l'électrolyte (tels que les carbonates) se décomposent facilement et produisent des gaz à haute température.
1.2 Décomposition et régénération du film SEI
Au cours d'un cycle normal, l'interface électrolytique solide (film SEI) sur la surface de l'électrode négative se répare légèrement, consommant de l'électrolyte et produisant une petite quantité de gaz. En cas de surcharge ou de températures élevées, le film SEI se décompose de manière significative, exposant l'électrode négative (par exemple, le graphite) qui réagit avec l'électrolyte pour générer de l'hydrogène et des gaz alcanes.
1.3 Réaction des impuretés d'humidité
Si de l'humidité est introduite pendant la production, les sels de lithium présents dans l'électrolyte (par exemple, LiPF₆) réagiront avec l'eau pour générer du HF (corrosif) et de l'hydrogène, entraînant un gonflement et des dommages matériels.
1.4 Placage de lithium par électrode négative
Lors d'une charge à basse-température, d'une charge à courant élevé-ou du vieillissement de l'électrode négative, les ions lithium peuvent être directement réduits en lithium métallique sur la surface de l'électrode négative (placage de lithium) au lieu d'être intégrés dans la couche de graphite.
Le lithium métallique réagit avec l'électrolyte pour générer des gaz tels que l'hydrogène et peut également percer le séparateur, provoquant un court-circuit.
Ce qui précède décrit les raisons pour lesquelles les batteries gonflent, qui sont les principales causes (mécanismes) de la production de gaz. La production de gaz est inévitable ; Même avec une conception parfaite, une sélection optimale des matériaux et des processus de fabrication méticuleux, les batteries produiront du gaz. Des traces de gaz sont acceptables et l’espace interne de la batterie peut les accueillir.
Cependant, des défauts de conception et de fabrication déraisonnables peuvent accélérer la production de gaz, et une mauvaise utilisation de la batterie accélérera également la production de gaz. Ce qui suit présente principalement les problèmes de génération de gaz causés par ces facteurs ;
II. Défauts de conception et de fabrication
2.1 Problèmes liés au processus de production
Un contrôle inapproprié de l’humidité dans l’environnement de production entraîne une humidité excessive à l’intérieur de la cellule de la batterie.
Un revêtement inégal des électrodes et un mauvais alignement du bobinage/empilage peuvent entraîner une concentration de contraintes localisée ou des risques de court-circuit-.
ACEY-HFC250machine de revêtement d'électrodesont largement utilisés dans la recherche sur divers films de revêtement-à haute température, notamment les céramiques, les structures cristallines, les matériaux de batterie et les nanomatériaux spécialisés.
Une mauvaise encapsulation entraîne des fuites de gaz ou une mauvaise étanchéité.
2.2 Défauts matériels (séparateur)
Une mauvaise qualité (porosité inégale, faible résistance mécanique) le rend sujet au retrait ou à la déchirure.
Une formulation incorrecte de l'additif électrolytique entraîne de mauvaises propriétés filmogènes-.
2.3 Défaillance de la soupape de sécurité
Certaines batteries souples-ou cylindriques sont dotées de soupapes de sécurité mal conçues qui ne peuvent pas relâcher la pression à temps lorsqu'elle augmente.
III. Conditions d'utilisation inappropriées (causes courantes)
3.1 Surcharge/Décharge
Surcharge :La structure de l’électrode positive s’effondre, produisant de l’oxygène et accélérant la décomposition de l’électrolyte.
Sur-décharge (basse tension) :Le collecteur de courant en cuivre au niveau de l'électrode négative se dissout, entraînant des courts-circuits et une production de gaz.
3.2 Environnement à-température élevée
Une exposition prolongée à des températures élevées (telles que la lumière directe du soleil ou des températures élevées à l'intérieur d'un véhicule) provoque une augmentation exponentielle du taux de réactions secondaires.
La charge et la décharge à courant- élevé entraînent une accumulation de chaleur interne.
3.3 Dommages mécaniques
Une pression, une perforation ou une chute peuvent provoquer une déformation structurelle interne, entraînant des micro-courts-circuits ou des fuites d'électrolyte.
3.4 Stockage inactif à long terme{{1}
Le stockage de la batterie pendant des périodes prolongées à des niveaux de charge excessivement élevés ou faibles entraîne la poursuite des réactions secondaires.lentement, produisant progressivement du gaz.