Şişme (şişme olarak da bilinir), lityum pil arızasında sık görülen bir olgudur, güvenlik tehlikeleri oluşturur (yangın veya patlama gibi) ve genellikle kullanımın derhal durdurulmasını gerektirir.
Şişkinliğin özü, pilin içinde aşırı gaz oluşmasıdır, bu da artan basınca ve kasanın veya iç hücrelerin deformasyonuna yol açar. Bu, kese pillerinde yaygındır. Prizmatik pillerde biraz daha fazla gaz üretimi, pil kalınlığının azalmasına neden olabilir ve ciddi durumlarda patlamaya- dayanıklı valfin açılmasına neden olabilir.
Pilin şişmesinin nedenleri şunlardır:
I. Gaz üreten dahili kimyasal reaksiyonlar (temel neden)
1.1 Elektrolit ayrışması
Aşırı şarj:Voltaj çok yüksek olduğunda, pozitif elektrot malzeme yapısı kararsız hale gelir, aktif oksijeni serbest bırakır, bu da elektrolitle şiddetli reaksiyona girerek büyük miktarda ısı ve gaz (CO₂, CO gibi) üretir.
Yüksek-sıcaklık ortamı:Elektrolitteki organik çözücüler (karbonatlar gibi) kolaylıkla ayrışır ve yüksek sıcaklıklarda gaz üretir.
1.2 SEI filminin ayrışması ve yenilenmesi
Normal döngü sırasında, negatif elektrot yüzeyindeki katı elektrolit arayüzü (SEI filmi) kendini hafifçe onararak elektrolit tüketir ve az miktarda gaz üretir. Aşırı şarj veya yüksek sıcaklıklar altında SEI filmi önemli ölçüde ayrışır ve hidrojen ve alkan gazları üretmek üzere elektrolitle reaksiyona giren negatif elektrotu (örn. grafit) açığa çıkarır.
1.3 Nem Safsızlık Reaksiyonu
Üretim sırasında nem girerse, elektrolitteki lityum tuzları (örn. LiPF₆) suyla reaksiyona girerek HF (aşındırıcı) ve hidrojen üretecek ve şişmeye ve maddi hasara yol açacaktır.
1.4 Negatif Elektrot Lityum Kaplama
Düşük-sıcaklıkta şarj, yüksek-akımla şarj veya negatif elektrot eskimesi sırasında lityum iyonları, grafit katmanına gömülmek yerine negatif elektrot yüzeyinde (lityum kaplama) doğrudan metalik lityuma indirgenebilir.
Metalik lityum, elektrolitle reaksiyona girerek hidrojen gibi gazlar üretir ve ayrıca ayırıcıyı delerek kısa devreye neden olabilir.
Yukarıda, gaz üretiminin ana nedenleri (mekanizmaları) olan pillerin şişmesinin nedenleri açıklanmaktadır. Gaz üretimi kaçınılmazdır; Mükemmel tasarım, optimum malzeme seçimi ve titiz üretim süreçlerine rağmen piller gaz üretecektir. Az miktarda gaz kabul edilebilir düzeydedir ve pilin iç alanı bu gazları barındırabilir.
Ancak mantıksız tasarım ve üretim hataları gaz üretimini hızlandırabileceği gibi, uygunsuz pil kullanımı da gaz üretimini hızlandıracaktır. Bu faktörlerden kaynaklanan gaz üretimi sorunları temel olarak aşağıda anlatılmaktadır;
II. Tasarım ve İmalat Hataları
2.1 Üretim Süreci Sorunları
Üretim ortamındaki uygun olmayan nem kontrolü, pil hücresinin içinde aşırı neme yol açar.
Düzensiz elektrot kaplaması ve sargı/istiflemenin yanlış hizalanması, yerel gerilim yoğunlaşmasına veya kısa-devre risklerine neden olabilir.
ACEY-HFC250elektrot kaplama makinesiseramikler, kristal yapılar, pil malzemeleri ve özel nanomalzemeler dahil olmak üzere çeşitli yüksek{0}sıcaklık kaplama filmleri üzerinde yapılan araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Kötü kapsülleme, gaz sızıntısına veya zayıf sızdırmazlığa neden olur.
2.2 Malzeme Kusurları (Ayırıcı)
Düşük kalite (düzensiz gözeneklilik, düşük mekanik mukavemet), büzülmeye veya yırtılmaya yatkın hale getirir.
Uygun olmayan elektrolit katkı maddesi formülasyonu, zayıf film-oluşturma özelliklerine neden olur.
2.3 Emniyet Valfi Arızası
Bazı yumuşak-paket veya silindirik piller, basıncı yükseldiğinde zamanında serbest bırakamayan, kötü tasarlanmış emniyet valflerine sahiptir.
III. Uygunsuz Kullanım Koşulları (Genel Nedenler)
3.1 Aşırı Şarj/Deşarj
Aşırı şarj:Pozitif elektrot yapısı çökerek oksijen üretir ve elektrolitin ayrışmasını hızlandırır.
Aşırı-deşarj (düşük voltaj):Negatif elektrottaki bakır akım toplayıcı çözülerek kısa devrelere ve gaz üretimine yol açar.
3.2 Yüksek-Sıcaklık Ortamı
Yüksek sıcaklıklara (doğrudan güneş ışığı veya araç içindeki yüksek sıcaklıklar gibi) uzun süre maruz kalmak, yan reaksiyonların oranında katlanarak bir artışa neden olur.
Yüksek-akımlı şarj ve deşarj, dahili ısı birikmesine yol açar.
3.3 Mekanik Hasar
Sıkma, delme veya düşürme dahili yapısal deformasyona yol açarak mikro-kısa devrelere veya elektrolit sızıntısına neden olabilir.
3.4 Uzun-Süreli Boşta Depolama
Pilin aşırı yüksek veya düşük şarj seviyelerinde uzun süre saklanması yan reaksiyonların devam etmesine neden oluryavaş yavaş gaz üretiyor.