FALHAS NÃO ENERGÉTICAS EM BATERIAS DE LÍTIO ÍON
Os modos típicos de falha não energética, geralmente consideradas falhas benignas incluem perda de capacidade, aumento da impedância interna, ativação de um mecanismo permanente de desativação, como CID, vazamento de eletrólito e subsequente ressecamento celular e inchaço celular.
Alguns desses modos de falha não energética são comumente associados aos mecanismos de envelhecimento celular
- Perda de Capacidade e aumento na resistência interna
O modo ideal de falha da bateria de lítio íon é a perda lenta de capacidade e o aumento da impedância interna causada pelo envelhecimento normal das células. Se uma célula exibir esse modo de falha, a capacidade diminuirá e a impedância aumentará até o ponto em que a bateria não puder mais atender aos requisitos de energia do dispositivo e deverá ser substituída.
A maior parte das baterias de lítio íon no campo sofre esse tipo de falha.
- Vazamento de Eletrólitos
Outra questão importante relativa à segurança das baterias é o vazamento. Baterias armazenadas por longo tempo, de baixa qualidade ou usadas em condições inadequadas podem vazar substâncias químicas perigosas.
O vazamento de eletrólitos pode ocorrer como resultado de danos mecânicos às células ou devido à corrosão interna das células.
O derramamento provoca riscos ligados às propriedades corrosivas e inflamáveis ??do eletrólito. A emissão de gás provoca risco associado às propriedades inflamáveis ??de substâncias orgânicas voláteis. Os riscos químicos associados à exposição direta às substâncias contidas na bateria são expostos na ficha de dados de segurança das substâncias.
O vazamento de células de lítio polímero é mais comum do que o vazamento de células que tem invólucros metálicos, como as baterias cilíndricas.
Os selos das células de lítio polímero são mais delicados e falhas nas bolsas dessas células podem resultar em corrosão da bolsa. Nas células pequenas, há muito pouco eletrólito livre: é absorvido principalmente pelo material ativo. É improvável que a punção de uma célula pequena resulte em fuga de mais do que algumas gotas de eletrólito. No entanto, em alguns modelos de células de grande formato, há uma quantidade apreciável de eletrólito líquido livre dentro do compartimento da célula.
Para essas células, uma punção pode causar um derramamento de material perigoso. O tamanho do derramamento depende do volume de eletrólito contido em uma célula, o tamanho da punção e a taxa de evaporação do solvente do eletrólito. O vazamento de eletrólitos apresenta dois riscos potenciais à segurança: contato humano com os eletrólitos e com os resíduos de eletrólitos e curto-circuito dos sistemas eletrônicos nas proximidades da bateria.
Um aumento da pressão interna nas células de lítio íon causará inchaço. O inchaço pode ser causado por uma variedade de reações químicas não ideais, incluindo: sobrecarga, envelhecimento em temperatura elevada e intrusão de umidade.
O inchaço das células de lítio íon torna menos provável que uma célula entre em fuga térmica, devido ao afastamento dos eletrodos, mas também pode resultar em vazamentos acentuados de substâncias químicas. O inchaço geralmente resulta em danos aos compartimentos da bateria.
Os projetos de células e baterias geralmente incluem mecanismos para desativar permanentemente as células ou baterias se seu desempenho diminuir significativamente; forçando assim uma falha segura ao invés de uma reação térmica descontrolada. Mas de qualquer forma baterias superaquecidas ou abauladas são sinais iniciais de mau funcionamento. Em alguns casos pode ocorrer explosão e mesmo fogo, podendo causar danos às pessoas próximas. É preciso cuidado.Como qualquer sistema de bateria, a tecnologia lítio íon associa riscos elétricos e riscos químicos. Dependendo das condições de estresse ambiental, eles podem eventualmente criar mais ou menos perigo.
- Desativação da célula
No nível da célula, os CIDs podem ser ativados por temperaturas elevadas ou pressões elevadas associadas ao aumento da impedância interna e desativar permanentemente a célula.
O envelhecimento anormal de uma célula prismática ou de polímero pode fazer com que a célula inche, separando os eletrodos de modo que a operação continuada se torne impossível.
Em packs de baterias com muitas células conectadas em série, as tensões individuais dos elementos em série são medidas e a carga e a descarga são encerradas com base na tensão do elemento de série mais fraco (menor capacidade, maior impedância).
Assim, um único elemento em série com idade anormal (por exemplo, um bloco de células que é exposto a temperaturas mais altas que as células vizinhas) causará capacidade reduzida de todo o pack de baterias. Esse comportamento da bateria pode forçar a desativação da bateria. Como alternativa, o projeto do pack de baterias deve incluir uma placa PCM com detecção de desbalanceamento das células.