Warum blähen sich Lithiumbatterien auf?
Ursachen, Risiken und Sicherheitshinweise
Das Anschwellen des Akkus ist ein Warnzeichen, das niemals ignoriert werden sollte. Im täglichen Gebrauch können einige Elektrofahrzeuge, E-Bikes, tragbare Stromversorgungsgeräte und großformatige Lithium-Akkupacks eine sichtbare Wölbung oder Verformung entwickeln. Dies ist besonders häufig bei Pouch-Zellen und großen Einzellen-Akkus.
In den meisten Fällen bedeutet das Anschwellen, dass der Akku bereits interne Schäden erlitten hat. Durch unerwünschte chemische Reaktionen hat sich im Inneren der Zelle Gas angesammelt, und die Akkustruktur ist nicht mehr stabil. Ist dies geschehen, kann der Akku an Kapazität verlieren, eine schlechte Entladeleistung aufweisen oder unsicher im Gebrauch werden.
Im Gegensatz zu vielen zylindrischen Zellen, die mit Druckentlastungsstrukturen konstruiert sind, haben Pouch-Zellen keine starre Metallhülle oder spezielle Belüftungsstruktur. Wenn sich weiterhin Gas in der Zelle ansammelt, dehnt sich der äußere Pouch aus. Wenn der Akku weiterhin geladen, entladen, gedrückt oder Hitze ausgesetzt wird, kann das Risiko von Leckagen, Brand oder Explosion erheblich steigen.
Im Folgenden sind die häufigsten Ursachen für das Anschwellen von Lithium-Akkus und die Sicherheitsvorkehrungen aufgeführt, die Benutzer beachten sollten.
Hauptursachen für das Anschwellen von Lithium-Akkus
1. Überladung
Jede Lithium-Akku-Chemie hat einen bestimmten Ladespannungsbereich. Zum Beispiel wird Lithium-Eisenphosphat, auch bekannt als LiFePO₄ oder LFP, üblicherweise bis zu etwa 3,65 V pro Zelle geladen.
Bleibt die Ladespannung über dem empfohlenen Limit, oder versagt das Batteriemanagementsystem dabei, den Ladevorgang korrekt zu stoppen, kann der Akku in einen langfristigen Überladungszustand geraten. Überladung kann Nebenreaktionen im Inneren der Zelle auslösen, die Gas und Wärme produzieren. Mit der Zeit kann dieser interne Gasaufbau dazu führen, dass der Akku anschwillt.
Deshalb sind zuverlässige Ladegeräte, passend abgestimmte Batteriemanagementsysteme und korrekte Spannungseinstellungen für die Sicherheit von Lithium-Akkus unerlässlich.
2. Tiefentladung
Eine Tiefentladung kann auch einen Lithium-Akku beschädigen. Wenn die Akkuspannung zu stark abfällt, können die internen Materialien instabil werden, und die Zelle kann eine irreversible Degradation erleiden.
Eine hohe Entladestromstärke verschlimmert das Problem. Selbst Akkus mit relativ stabilen Chemikalien, wie LiFePO₄, können beschädigt werden, wenn sie wiederholt tiefentladen oder unter übermäßiger Last verwendet werden. Sobald die innere Struktur geschwächt ist, kann der Akku allmählich an Kapazität verlieren, Gas erzeugen und schließlich anschwellen.
Um dieses Risiko zu mindern, sollten Benutzer vermeiden, den Akku vollständig zu entladen, und die Verwendung des Geräts einstellen, wenn die Akkuleistung offensichtlich abnormal wird.
3. Abnormale Temperaturbedingungen
Die Temperatur ist einer der wichtigsten Faktoren, die die Sicherheit von Lithium-Akkus beeinflussen.
Während des Ladevorgangs erzeugen Lithium-Akkus natürlich Wärme. Kann diese Wärme nicht richtig abgeleitet werden, oder wird das Gerät über längere Zeit in einer Umgebung mit hohen Temperaturen verwendet oder gelagert, können die Materialien im Inneren der Zelle beginnen, sich zu zersetzen. Dies kann zur Gasentwicklung, internem Druckaufbau und zum Anschwellen des Akkugehäuses oder des Pouches führen.
Extrem niedrige Temperaturen können den Akku ebenfalls schädigen. Das Laden oder Entladen eines Lithium-Akkus unter sehr kalten Bedingungen kann die interne Struktur beschädigen und indirekt das Risiko eines späteren Anschwellens erhöhen.
Für eine sicherere Nutzung sollten Lithium-Akkus innerhalb des vom Akku- oder Gerätehersteller empfohlenen Temperaturbereichs geladen, gelagert und betrieben werden.
4. Isolationsfehler oder Wassereintritt
Wenn die Schutzstruktur eines Akkus beschädigt ist, können Wasser, Feuchtigkeit oder leitfähige Verunreinigungen in das Pack oder den Zellbereich eindringen. Dies kann zu Elektrolytaustritt, interner Korrosion, Isolationsfehlern oder Kurzschlüssen führen.
Sobald Feuchtigkeit die interne Chemie des Akkus beeinflusst, können Nebenreaktionen auftreten. Diese Reaktionen können Gas erzeugen und den Akku zum Anschwellen bringen.
Bei Elektrofahrzeugen, E-Bikes und Outdoor-Akkupacks sind Wasserdichtigkeit, Dichtungsqualität und Isolationsschutz besonders wichtig. Ein Akkupack, der Wasser, Stößen oder sichtbaren Gehäuseschäden ausgesetzt war, sollte vor der weiteren Verwendung von qualifiziertem Personal überprüft werden.
5. Kontinuierliche Vibration und mechanische Belastung
Akkupacks in elektrischen Dreirädern, Lastfahrzeugen, Rollern und anderen mobilen Geräten sind oft langjährigen Vibrationen ausgesetzt. Wiederholte Vibrationen können interne Verbindungen lockern, Laschen beschädigen, die Isolation schwächen oder die Zellstruktur belasten.
Mit der Zeit kann diese mechanische Belastung die Zuverlässigkeit des Akkus verringern und zu Schwellungen, schlechter Leistung oder internen Fehlern beitragen.
Deshalb sollten Akkupacks sicher befestigt, richtig gedämpft und regelmäßig überprüft werden, insbesondere wenn sie in Fahrzeugen eingesetzt werden, die schwere Lasten transportieren oder auf unebenen Straßen fahren.
6. Natürliche Zellalterung
Lithium-Akkus haben eine begrenzte Lebensdauer. Mit zunehmender Anzahl von Lade- und Entladezyklen bauen sich die aktiven Materialien im Inneren des Akkus allmählich ab. Die Kapazität nimmt ab, der Innenwiderstand steigt und die Zelle wird weniger stabil.
Wenn ein Akku das Ende seiner nutzbaren Lebensdauer erreicht, kann ein Anschwellen leichter auftreten. Dies ist nicht nur ein kosmetisches Problem. Es bedeutet, dass der Akku in einen Zustand mit höherem Risiko übergegangen ist und nicht länger als normal funktionierender Akku behandelt werden sollte.
Alte Akkus sollten rechtzeitig ersetzt und über die entsprechenden Sammel- oder Entsorgungskanäle für Akkus recycelt werden.
Sicherheitshinweis
Ein geschwollener Lithium-Akku sollte als unsicher betrachtet werden.
Sobald Sie Schwellungen, Verformungen, Leckagen, ungewöhnliche Hitze, abnormalen Geruch oder einen plötzlichen Leistungsabfall bemerken, stellen Sie die Verwendung des Akkus sofort ein. Laden Sie ihn nicht weiter. Stechen, drücken, biegen, zerlegen oder versuchen Sie nicht, den Akku selbst zu reparieren.
Ein geschwollener Akku kann bereits innere Schäden aufweisen, die nicht rückgängig gemacht werden können. Die weitere Verwendung kann zu einem schnellen Leistungsverlust und, was noch wichtiger ist, zu einem viel höheren Sicherheitsrisiko führen.
Der sicherste Ansatz ist, den Akku von brennbaren Materialien fernzuhalten, das Gerät nicht mehr zu verwenden und den Akkuhersteller, Geräteanbieter oder einen qualifizierten Batterieservice-Experten für die ordnungsgemäße Handhabung zu kontaktieren.
Wichtigste Erkenntnis
Das Anschwellen von Lithium-Akkus wird meist durch interne Gasentwicklung verursacht, die durch Überladung, Tiefentladung, Missbrauch der Temperatur, Wassereintritt, mechanische Belastung oder natürliche Alterung entstehen kann.
Für alltägliche Benutzer sind die besten Präventionsmethoden einfach, aber wichtig: Verwenden Sie das richtige Ladegerät, vermeiden Sie Überladung und Tiefentladung, halten Sie den Akku von extremen Temperaturen fern, schützen Sie ihn vor Wasser und Stößen und ersetzen Sie alternde Akkus, bevor sie unsicher werden.
Ein geschwollener Lithium-Akku ist nichts, bei dem man „abwarten und beobachten“ sollte. Es ist ein klares Zeichen dafür, die Verwendung des Akkus einzustellen und ihn mit Vorsicht zu behandeln.
