Pourquoi les piles au lithium gonflent-elles ? Les piles gonflées peuvent-elles encore être utilisées ?

La principale cause du gonflement (ou expansion) des batteries au lithium est l'accumulation de gaz à l'intérieur de l'élément. Ce phénomène résulte de plusieurs facteurs clés, chacun étant directement lié à des dommages au sein de la structure interne de la batterie.

Premièrement, surcharge ou décharge excessiveest un facteur majeur. Les batteries au lithium fonctionnent dans une plage de tension nominale stricte (par exemple, les cellules ternaires au lithium courantes sont généralement conçues pour fonctionner entre 3,6 V et 4,2 V par cellule).

• SurchargeLe dépassement de la limite supérieure de tension (par exemple, 4,2 V) provoque un effondrement de la structure de l'oxyde de lithium-cobalt de l'électrode positive en raison d'une extraction excessive de lithium. Simultanément, les couches de graphite de l'électrode négative peuvent se détacher sous l'effet d'une intercalation excessive de lithium. Ces réactions chimiques anormales libèrent des gaz tels que le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone.
• Décharge excessiveUne chute de tension en dessous du seuil minimal (par exemple, 2,5 V) entraîne la formation irréversible de dendrites de lithium à l'intérieur de la batterie. Ces minuscules cristaux de lithium aciculaires peuvent perforer le séparateur qui maintient les électrodes positive et négative séparées, provoquant indirectement un dégagement gazeux.

Deuxièmement, courts-circuits internesIl s'agit d'une cause critique. Celle-ci peut provenir de défauts de fabrication, tels que des languettes mal soudées ou des micro-perforations dans le séparateur. Les dommages physiques survenus lors de l'utilisation — comme la chute d'un téléphone ou l'écrasement d'un ordinateur portable — peuvent également déformer la cellule, provoquant un contact direct entre les électrodes positive et négative. Il en résulte des réactions thermiques intenses et instantanées générant un volume important de gaz.

En outre, vieillissement naturel ou exposition prolongée à des températures élevéespeut provoquer un gonflement.

• Après environ 500 cycles de charge-décharge, les matériaux actifs à l'intérieur d'une batterie se dégradent considérablement.
• Un stockage prolongé ou une utilisation dans des environnements à plus de 60 °C (par exemple, dans une voiture par temps ensoleillé ou sur un bureau près d'un radiateur) accélère la décomposition des solvants organiques comme le carbonate de diméthyle et le carbonate d'éthylène présents dans l'électrolyte. Ceci déstabilise le système interne de la batterie, entraînant un dégagement de gaz et un gonflement de celle-ci.

Il est crucial de comprendre qu'une batterie au lithium gonflée ne doit absolument pas continuer à être utilisée.Cette conclusion repose sur trois dimensions essentielles : la sécurité, la performance et la protection des dispositifs.

1. Du point de vue de la sécurité

Le gonflement est un signe évident que la pression interne a dépassé les limites de conception du tubage, indiquant de graves dommages structurels internes. La pression continue d'augmenter.

• Si la pression à l'intérieur de la cellule dépasse environ 0,5 MPa (environ 5 fois la pression atmosphérique), le boîtier peut se rompre et laisser s'échapper l'électrolyte. Cet électrolyte contient des substances corrosives comme l'hydroxyde de lithium, qui peuvent provoquer des brûlures cutanées et présentent un risque grave en cas de contact avec les yeux ou les muqueuses.
• Plus grave encore, le risque de emballement thermiqueLa tension augmente considérablement dans une batterie gonflée. Même de légères vibrations ou de faibles variations de température ambiante peuvent déclencher une réaction en chaîne, pouvant entraîner un incendie, voire une explosion dans des cas extrêmes. Les conséquences sont amplifiées dans les espaces confinés comme les poches, les sacs à dos ou les tiroirs.

2. Du point de vue de la performance

Les dommages internes entraînent directement une forte baisse des fonctions essentielles de la batterie.

• Capacité Une batterie de téléphone initialement conçue pour 5000 mAh peut n'en contenir que 2000 mAh, voire moins, ce qui la rend insuffisante pour un usage quotidien.
• Stabilité de la tensionLa batterie se détériore rapidement. Pendant la charge, la tension peut dépasser les seuils de sécurité ; pendant la décharge, elle peut chuter brutalement, provoquant des arrêts et redémarrages fréquents de l'appareil. Des indications de charge erronées sont courantes : par exemple, le niveau de la batterie peut chuter de plus de 10 % quelques minutes après avoir été débranchée du chargeur. Une telle batterie ne peut fournir une alimentation stable.

3. Risques pour l'appareil et son environnement

Continuer à utiliser une batterie gonflée comporte des risques supplémentaires.

• Pour les appareils comme les téléphones et les ordinateurs portables, la batterie gonflée génère continuellement de la chaleur. Cette chaleur peut entraîner une surchauffe et endommager les composants sensibles de la carte mère, tels que les puces et les condensateurs, réduisant ainsi la durée de vie de l'appareil.
• Si le boîtier se rompt, l'électrolyte qui s'échappe peut corroder les circuits internes de l'appareil, provoquant une panne matérielle irréversible.
• Dans le pire des cas, un incendie ou une explosion de batterie peut endommager les objets environnants, comme des documents sur un bureau ou d'autres appareils dans un sac à dos, entraînant un incident de sécurité plus important.

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