Việc pin lithium bị phồng là một vấn đề phức tạp, liên quan đến các phản ứng hóa học và biến đổi vật lý bên trong pin. Dưới đây là một số nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này, cũng như các biện pháp khắc phục có thể áp dụng:
1. Sự sản sinh khí trong quá trình sử dụng: Trong quá trình sạc và xả, đặc biệt là khi sạc lần đầu, bề mặt điện cực sẽ hình thành màng SEI (Solid Electrolyte Interface). Trong quá trình này, khí như CO, C₂H₄, và các chất khí khác được tạo ra. Một số dung môi trong chất điện phân như DMC và EMC cũng tham gia vào quá trình phân hủy, tạo ra khí. Đặc biệt, sự hình thành khí thường xảy ra ở điện áp từ 3,0 đến 3,5V, khi màng SEI được tạo ra mạnh mẽ nhất.
2. Ảnh hưởng của tạp chất: Các tạp chất, đặc biệt là độ ẩm, có thể phản ứng với muối LiPF₆ trong chất điện phân để tạo ra khí HF, gây ra sự bất ổn của hệ thống pin và làm pin bị phồng. Mặc dù có nghiên cứu cho thấy một lượng nhỏ LiF có thể ổn định màng SEI, nhưng khi độ ẩm quá cao, pin sẽ bị suy giảm hiệu suất và sản sinh nhiều khí hơn, gây phồng pin.
3. Sự ngắn mạch trong quá trình sản xuất: Nếu quá trình sản xuất không được kiểm soát chặt chẽ, sự hiện diện của các hạt kim loại, bụi hoặc vật lạ có thể dẫn đến ngắn mạch bên trong pin. Khi xảy ra ngắn mạch, nhiệt độ cục bộ tăng lên đáng kể, dẫn đến sự phân hủy của chất điện phân, từ đó sinh ra lượng lớn CO₂ và các khí khác, làm phồng pin.
4. Khí sinh ra trong quá trình lưu trữ và sạc dài hạn: Khi pin lithium-ion được niêm phong và lưu trữ hoặc sạc trong thời gian dài, có thể xảy ra hiện tượng sinh khí. Điều này có thể xuất phát từ việc vật liệu dương cực không ổn định hoặc từ sự phân hủy của màng SEI trên cực âm. Màng SEI có độ ổn định thấp dễ bị phân hủy khi nhiệt độ tăng cao, gây ra phản ứng hóa học sinh khí.
5. Sự thay đổi của vật liệu cực: Trong quá trình sạc và xả lâu dài, cấu trúc tinh thể của vật liệu cực dương có thể thay đổi, làm giảm độ ổn định của chất điện phân trên bề mặt điện cực, từ đó sinh ra khí.
Biện pháp khắc phục:
1. Tối ưu hóa hệ thống điện hóa: Cần cải thiện tính ổn định của vật liệu dương cực và chất điện phân, đảm bảo màng SEI được hình thành dày và ổn định. Bổ sung các phụ gia vào chất điện phân để tạo ra màng SEI đồng nhất, giảm hiện tượng rụng màng trong quá trình sử dụng pin.
2. Kiểm soát quy trình sản xuất: Cần kiểm soát chặt chẽ các thông số quy trình sản xuất nhằm giảm thiểu lượng khí sinh ra do độ ẩm quá cao, bao gồm việc giữ môi trường sản xuất sạch sẽ, đảm bảo các cực khô hoàn toàn trước khi đóng gói, và giám sát chặt chẽ quá trình tiêm chất điện phân.
Những biện pháp trên là cần thiết để giảm thiểu nguy cơ phồng pin và đảm bảo hiệu suất của pin lithium trong quá trình sử dụng.
