Berapa volume baterai lithium polimer bertambah?

Saya merancang perangkat dengan baterai polimer lithium kecil (4x12x30 mm, 120 mA-h). Terlihat seperti ini:

Saya pernah mendengar bahwa ada aturan praktis bahwa ruang yang tersisa untuk baterai dalam case harus sekitar 10% lebih besar (saya kira terutama dalam ketebalan) daripada dimensi nominal untuk memungkinkan ekspansi. Ekstra 10% tampaknya cukup besar.

1. Dari mana aturan main ini berasal? Apakah ada rekomendasi resmi untuk seberapa besar kompartemen untuk memasukkan sel polimer lithium?

2. Berapa banyak baterai ini mengembang dan menyusut dalam penggunaan normal? Misalnya selama siklus pengisian / pemakaian, siklus suhu di atas kisaran suhu normal (-20C hingga 60C), dll.

3. Apa yang terjadi jika baterai berada di kompartemen yang kaku jika terjadi kegagalan fungsi? Sangat umum untuk memiliki baterai "kehabisan" jika mereka korslet secara internal, tetapi apa yang terjadi jika baterai berada di kompartemen yang mencegah ekspansi? (Anggap kompartemennya cukup kuat untuk menahan penumpukan tekanan) Apakah tekanan / dinding membuat pendek lebih buruk, atau lebih baik?

Makalah ini mengukur sel, mereka melaporkan maks ekspansi 0,5% selama siklus pengisian:

Sumber: Perluasan Baterai Sel Kantung Ionium: Pengamatan dari Pencitraan Neutron Gambar 7

Selama masa pakai baterai, baterai membengkak lebih dari 1,5%

Sumber: Perluasan Baterai Sel Kantung Ionium: Pengamatan dari Pencitraan Neutron Gambar 9

Orang bisa menggunakan angka-angka ini untuk baseline, tetapi tidak sulit untuk membuat pengukuran ini ke tingkat yang masuk akal. Karena baterai dibuat dengan kombinasi anoda \ katoda dan elektrolit yang berbeda-beda dari satu pabrik ke pabrik lainnya, akan lebih bijaksana untuk berkonsultasi dengan pabrik pembuatnya tentang pembengkakan atau mengukurnya.

Jika Anda benar-benar ingin mengetahui seberapa besar daya baterai Anda membengkak, dapatkan mikrometer dan ukur daya baterai yang kosong, lalu ukur daya baterai yang terisi penuh dan lihat perbedaannya. Ukur sel di bawah debit maksimum, karena sel membengkak lebih banyak dengan ekspansi termal. Berikan margin tambahan pada diri Anda untuk memperhitungkan perbedaan dalam baterai dan toleransi pabrik.

Sel-sel juga membengkak lebih banyak di tengah jika dipanaskan di luar. Jadi, pastikan Anda mengukur bagian tengah sel.

Sumber: https://www.researchgate.net/publication/283720424_A_novel_thermal_swelling_model_for_a_rechargeable_lithium-ion_battery_cell

Seharusnya ada perbedaan yang dibuat antara ekspansi / kontraksi elektroda yang tak terhindarkan karena elektrokimia elektroda itu sendiri pada tingkat nanoscopic (yang disajikan oleh lapto2d), dan "pembengkakan / pembengkakan baterai" sel tipe kantong (disajikan oleh K. Krull) karena dekomposisi / outgassing elektrolit, yang merupakan tanda kegagalan fungsi dan / atau kualitas produksi sel yang buruk.

Mengenai engah, ada beberapa teori tentang itu, tetapi sepertinya penyebab utama adalah beberapa dekomposisi elektrolit dan penumpukan logam ketika sel dibiarkan dalam keadaan hampir habis untuk waktu yang lama.

Masalah pembuatan terkait dengan proses produksi, di mana sel-sel "dibentuk" sebelum disegel , membiarkan elektrolit keluar gas. Jika pembentukan dilakukan ceroboh / terlalu cepat, penjualan masih memiliki beberapa penumpukan gas dan akan mengepul seiring waktu.

Jelas ekspansi sel secara keseluruhan dalam praktiknya adalah kombinasi dari dua efek, dan beberapa studi sel yang dibuat dengan baik menunjukkan ekspansi hingga 4% setelah 50 siklus, lihat publikasi ini .

Sementara 0,5% -1% dari ekspansi ketebalan elektroda adalah alami dan dapat / harus diakomodasi dengan beberapa kompartemen baterai yang terlalu besar, engah yang ireversibel yang berlebihan merupakan prekursor yang serius untuk kegagalan katastropik. Pada satu titik dalam berurusan dengan masalah pelanggan saya menyadari bahwa akan sangat bermanfaat untuk memiliki sensor tekanan untuk mendeteksi keadaan ini sebelum seluruh casing perangkat terkoyak. Tampaknya ide ini sudah dipatenkan, US8717186B2 . Saya sangat merekomendasikan untuk menempatkan sensor tekanan di dalam desain Anda.

Meskipun saya tidak dapat bersaing dengan banyak detail yang diberikan dalam jawaban sebelumnya, saya pikir mungkin akan membantu jika Anda memberikan contoh mengapa ruang ekstra ini digunakan untuk alasan yang baik.

Lipo tidak hanya membengkak selama operasi normal dengan suhu dan pengisian / pemakaian, tetapi juga saat menua. Lihat dekomposisi elektrolit untuk menemukan lebih banyak tentang fenomena ini, tetapi pada akhirnya memecah menjadi penciptaan gas (kebanyakan oksigen) di dalam LiPo.
Hanya untuk memberi Anda gambaran tentang apa yang dapat Anda harapkan: Baterai berusia 3,5 tahun yang sering saya ukur selama penulisan ini diperluas dari 25mm (menurut reseller, tidak dapat menemukan lembar data) hingga hampir 32mm, yang lebih dari 25% ! Saya kira nilai datasheet tidak seoptimis yang dijual reseller, tapi tetap saja ini peningkatan finansial, yang harus diperhitungkan saat mendesain produk Anda.

Jika baterai tidak memiliki ruang untuk membengkak, itu akan menjadi risiko kebakaran dan - dalam kasus terburuk - bahkan ledakan. Lihat komentar di bawah pertanyaan Anda, ini telah dijelaskan oleh KH secara terperinci.