Was ist eine Ausbeulung des Batteriegehäuses?
Definition des Phänomens
Bei Gebrauch oder Lagerung kann sich im Inneren einer Batterie Gas bilden, was zu einem erhöhten Druck und damit zu einer Ausdehnung und Verformung des Gehäuses führt.
Interner Mechanismus
Dies ist eine makroskopische Manifestation einer abnormalen chemischen Reaktion im Inneren der Batterie und einer der wichtigsten Indikatoren für einen Batterieausfall.
Mögliche Risiken
Wird dem nicht umgehend entgegengewirkt, kann dies zu schwerwiegenden Sicherheitsvorfällen wie Leckagen, Bränden oder sogar Explosionen führen.
Ursache für die Ausbeulung der Gehäusewand 1: Interne Gasbildung
① Elektrolytzersetzung
Unter Bedingungen wie Überladung und hohen Temperaturen unterliegt der Elektrolyt einer Zersetzungsreaktion, wobei Gase wie CO2 und CH4 entstehen, welches eine der Hauptquellen für Gase darstellt.
② SEI-Filmriss und -Reparatur
Der SEI-Film auf der Oberfläche der negativen Elektrode reißt und repariert sich während des Lade-Entlade-Zyklus wiederholt. Dieser Prozess verbraucht kontinuierlich Elektrolyt und erzeugt Gas.
③ Reaktion von Feuchtigkeit und Verunreinigungen
Feuchtigkeit oder metallische Verunreinigungen, die während des Produktionsprozesses eingebracht werden, können chemisch mit dem Elektrolyten reagieren und dabei Gase wie Wasserstoff erzeugen.
Ursache für die Ausbeulung der Hülse 2: Unsachgemäße Verwendung
① Überladung und Tiefentladung
Längeres Laden, das zu Überladung führt, oder die weitere Nutzung des Akkus nach vollständiger Entladung, die zu Tiefentladung führt, verschlimmern interne Nebenreaktionen und beschleunigen die Gasbildung.
②Verwendung minderwertiger Ladegeräte
Nicht originale oder minderwertige Ladegeräte können Spannung und Stromstärke nicht präzise steuern, was leicht zu einer Überladung des Akkus und einer Beeinträchtigung seiner Lebensdauer führen kann.
③Hochtemperaturumgebungen
Das Laden oder die Verwendung der Batterie in Umgebungen mit hohen Temperaturen beschleunigt die Elektrolytzersetzung und die Beschädigung der SEI-Schicht, wodurch die Gasproduktionsrate deutlich erhöht wird.
Ursachen für das Aufblähen von Batterien 3: Herstellungsfehler und Alterung
① Herstellungsprozessfehler
Herstellungsfehler, wie z. B. Elektrodengrate, Falten im Separator und unzureichende Abdichtung, können zu internen Mikrokurzschlüssen oder Feuchtigkeitseintritt führen und bergen somit ein inhärentes Risiko für das Aufblähen der Batterie.
②Batteriealterung und Auswirkungen hoher Temperaturen
Mit zunehmender Nutzungsdauer verbrauchen sich die aktiven Materialien im Inneren der Batterie, der Innenwiderstand steigt, die SEI-Schicht verdickt sich und interne Nebenreaktionen verstärken sich. Hohe Temperaturen (z. B. direkte Sonneneinstrahlung) beschleunigen diesen Prozess und führen letztendlich zu vermehrter Gasbildung und Ausbeulungen.
Das Wesen der Explosion: Thermisches Durchgehen
①90–120 °C: SEI-Filmzersetzung
Bei der Zersetzung des SEI-Films werden zunächst Wärme und Gas freigesetzt, wodurch die Reaktion ausgelöst wird.
②130–180 °C: Schmelzen des Separators und Kurzschluss
Durch das Schmelzen des Separators entsteht ein direkter Kontakt zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wodurch ein interner Kurzschluss und ein rascher Temperaturanstieg ausgelöst werden.
③150–250 °C: Zersetzung der positiven Elektrode und Sauerstoffproduktion
Das positive Elektrodenmaterial zersetzt sich und setzt Sauerstoff frei, der heftig mit dem Elektrolyten reagiert und so den Temperaturanstieg beschleunigt.
④ Endergebnis: Verbrennung und Explosion
Der Elektrolyt verbrennt, wodurch die Batterie in Brand gerät oder sogar explodiert, was schwerwiegende Folgen nach sich zieht.
Drei Auslösebedingungen für thermisches Durchgehen
①Mechanische Misshandlung
Die Batterie ist äußeren Einflüssen wie Kollisionen, Kompression oder Durchstichen ausgesetzt, was zu internen Strukturschäden und Kurzschlüssen führt.
②Elektrischer Missbrauch
Die Batterie erleidet elektrische Anomalien wie Überladung, Tiefentladung oder externe Kurzschlüsse, was zu unkontrollierten internen Reaktionen führt.
③ Thermische Überbeanspruchung
Die Batterie ist hohen Temperaturen ausgesetzt oder das Kühlsystem versagt, was zu einer Wärmeansammlung und schließlich zu einem thermischen Durchgehen führt.
Ausbreitung einer thermischen Kettenreaktion: Dominoeffekt
In einem Akkumulator kann sich eine thermische Überhitzung einer einzelnen Zelle rasch auf andere Zellen ausbreiten und einen Dominoeffekt auslösen. Diese Ausbreitung erfolgt hauptsächlich durch drei Mechanismen:
①Wärmeleitung: Die Hochtemperaturzelle überträgt die Wärme über Metallkomponenten direkt auf benachbarte Zellen.
②Wärmestrahlung: Die Hochtemperaturzelle erwärmt die Umgebung und andere Zellen durch Infrarotstrahlung.
③Wärmekonvektion: Der Strom von Hochtemperaturgasen innerhalb des Akkus verteilt die Wärme in andere Bereiche.
Präventive Maßnahme 1: Material- und Designoptimierung
① Auswahl hochstabiler Materialien
Materialien mit höherer thermischer Stabilität werden bevorzugt, wie beispielsweise LFP-Batterien, deren thermische Durchgehtemperatur im Allgemeinen höher ist als die von NMC-Batterien, wodurch das Brandrisiko an der Quelle verringert wird.
② Optimierung des Batteriestrukturdesigns
Innovative Strukturen und Technologien einsetzen, um die Stoßfestigkeit zu verbessern, die räumliche Anordnung zu optimieren und die Gesamtstabilität des Akkupacks zu erhöhen.
③Es wurden mehrere Sicherheitsvorrichtungen hinzugefügt.
Ein eingebautes explosionsgeschütztes Ventil ermöglicht die gezielte Druckentlastung bei zu hohem Druck; eine Sicherung ist so konstruiert, dass sie den Stromkreis im Falle eines Kurzschlusses automatisch unterbricht, um eine Wärmeausbreitung zu verhindern.
Präventive Maßnahme 2: Intelligente Überwachung und Wärmemanagement
①BMS
Als “Gehirn” der Batterie ist das BMS für die Echtzeitüberwachung von Spannung, Stromstärke und Temperatur jeder einzelnen Zelle, die Durchführung eines aktiven Lastausgleichs, die Vorhersage von Fehlerrisiken und die Einleitung von Schutzmaßnahmen (wie z. B. die Abschaltung der Stromzufuhr) im Falle von Anomalien verantwortlich.
② Hocheffizientes Wärmemanagementsystem
Durch den Einsatz von Flüssigkeitskühlung, Luftkühlung und anderen Methoden wird die Betriebstemperatur der Batterie im optimalen Bereich (typischerweise 25-40℃) gehalten, wodurch eine lokale Überhitzung verhindert und das Auftreten und die Ausbreitung eines thermischen Durchgehens unterdrückt werden.
Präventive Maßnahme 3: Vorschriftsgemäß anwenden
Verwenden Sie ausschließlich Original- oder zertifizierte Ladegeräte und vermeiden Sie Überladung oder Tiefentladung.
Vermeiden Sie hohe Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und direkte Sonneneinstrahlung.
Die Batterie darf nicht auseinandergenommen, gequetscht oder durchstochen werden.
Die Anwendung ist sofort einzustellen, wenn Sie Auffälligkeiten wie Ausbeulungen oder Überhitzung feststellen.
