Sự phồng lên (còn được gọi là sưng tấy) là một hiện tượng phổ biến khi pin lithium bị hỏng, gây nguy hiểm về an toàn (chẳng hạn như cháy hoặc nổ) và thường yêu cầu ngừng sử dụng ngay lập tức.
Bản chất của hiện tượng phồng lên là tạo ra quá nhiều khí bên trong pin, dẫn đến tăng áp suất và biến dạng vỏ hoặc các tế bào bên trong. Điều này thường xảy ra ở các loại pin dạng túi. Việc sản xuất khí nhiều hơn một chút trong pin hình lăng trụ có thể dẫn đến độ dày của pin kém và trong những trường hợp nghiêm trọng có thể khiến van chống nổ-mở ra.
Nguyên nhân gây phồng pin bao gồm:
I. Phản ứng hóa học bên trong sinh ra khí (nguyên nhân gốc rễ)
1.1 Phân hủy chất điện phân
Sạc quá mức:Khi điện áp quá cao, cấu trúc vật liệu điện cực dương trở nên không ổn định, giải phóng oxy hoạt động, phản ứng dữ dội với chất điện phân, tạo ra một lượng nhiệt và khí lớn (như CO₂, CO).
Môi trường có nhiệt độ-cao:Các dung môi hữu cơ trong chất điện phân (như cacbonat) dễ bị phân hủy và sinh ra khí ở nhiệt độ cao.
1.2 Phân hủy và tái tạo màng SEI
Trong quá trình đạp xe bình thường, giao diện chất điện phân rắn (màng SEI) trên bề mặt điện cực âm sẽ tự sửa chữa một chút, tiêu thụ chất điện phân và tạo ra một lượng nhỏ khí. Khi sạc quá mức hoặc nhiệt độ cao, màng SEI bị phân hủy đáng kể, làm lộ ra điện cực âm (ví dụ than chì) phản ứng với chất điện phân để tạo ra khí hydro và ankan.
1.3 Phản ứng tạp chất ẩm
Nếu hơi ẩm lọt vào trong quá trình sản xuất, muối lithium trong chất điện phân (ví dụ LiPF₆) sẽ phản ứng với nước để tạo ra HF (ăn mòn) và hydro, dẫn đến phồng rộp và hư hỏng vật liệu.
1.4 Mạ Lithium điện cực âm
Trong quá trình sạc-ở nhiệt độ thấp, sạc dòng điện-cao hoặc lão hóa điện cực âm, các ion lithium có thể bị khử trực tiếp thành lithium kim loại trên bề mặt điện cực âm (mạ lithium) thay vì nhúng vào lớp than chì.
Liti kim loại phản ứng với chất điện phân để tạo ra các loại khí như hydro và cũng có thể làm thủng thiết bị phân tách, gây đoản mạch.
Phần trên mô tả nguyên nhân khiến pin bị phồng lên, đây là những nguyên nhân (cơ chế) chính gây ra hiện tượng sinh khí. Việc sản sinh ra khí là điều khó tránh khỏi; ngay cả với thiết kế hoàn hảo, lựa chọn vật liệu tối ưu và quy trình sản xuất tỉ mỉ, pin vẫn sẽ tạo ra khí. Lượng khí nhỏ có thể chấp nhận được và không gian bên trong của pin có thể chứa chúng.
Tuy nhiên, những lỗi trong thiết kế và sản xuất không hợp lý có thể đẩy nhanh quá trình tạo khí và việc sử dụng pin không đúng cách cũng sẽ đẩy nhanh quá trình sản xuất khí. Phần sau đây chủ yếu giới thiệu các vấn đề về tạo khí do các yếu tố này gây ra;
II. Khiếm khuyết về thiết kế và sản xuất
2.1 Các vấn đề về quy trình sản xuất
Kiểm soát độ ẩm không đúng cách trong môi trường sản xuất dẫn đến độ ẩm bên trong pin quá cao.
Lớp phủ điện cực không đồng đều và việc cuộn dây/xếp chồng không thẳng hàng có thể gây ra sự tập trung ứng suất cục bộ hoặc nguy cơ đoản mạch.
ACEY-HFC250máy phủ điện cựcđược sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu về các loại màng phủ nhiệt độ cao-khác nhau, bao gồm gốm sứ, cấu trúc tinh thể, vật liệu pin và vật liệu nano chuyên dụng.
Khả năng đóng gói kém dẫn đến rò rỉ khí hoặc bịt kín kém.
2.2 Khiếm khuyết vật liệu (Dấu phân cách)
Chất lượng kém (độ xốp không đều, độ bền cơ học thấp) dễ bị co ngót, rách.
Công thức phụ gia điện phân không đúng dẫn đến đặc tính tạo màng-kém.
2.3 Lỗi van an toàn
Một số loại pin mềm hoặc pin hình trụ có van an toàn được thiết kế kém nên không thể giải phóng áp suất kịp thời khi nó tăng lên.
III. Điều kiện sử dụng không đúng (Nguyên nhân phổ biến)
3.1 Quá Sạc/Xả
Sạc quá mức:Cấu trúc điện cực dương bị sụp đổ, tạo ra oxy và đẩy nhanh quá trình phân hủy chất điện phân.
Xả quá mức (điện áp thấp):Bộ thu dòng đồng ở điện cực âm hòa tan, dẫn đến đoản mạch và tạo ra khí.
3.2 Môi trường nhiệt độ-cao
Việc tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao (chẳng hạn như ánh nắng trực tiếp hoặc nhiệt độ cao bên trong xe) gây ra sự gia tăng theo cấp số nhân về tốc độ phản ứng phụ.
Việc sạc và xả dòng điện-cao dẫn đến tích tụ nhiệt bên trong.
3.3 Hư hỏng cơ học
Việc ép, chọc thủng hoặc làm rơi có thể gây biến dạng cấu trúc bên trong, dẫn đến đoản mạch vi mô hoặc rò rỉ chất điện phân.
3.4 Bộ nhớ nhàn rỗi dài hạn{1}}
Việc lưu trữ pin trong thời gian dài ở mức sạc quá cao hoặc quá thấp sẽ gây ra các phản ứng phụ tiếp tục xảy ratừ từ, dần dần tạo ra khí.