Warum explodieren Batterien? Die Rolle der Qualitätskontrolle

Verständnis des thermischen Durchgehens

Wenn von Batterieexplosionen die Rede ist, wird meist der wissenschaftliche Begriff „thermisches Durchgehen“ verwendet. Dabei handelt es sich um eine Kettenreaktion innerhalb einer Batteriezelle, bei der ein Temperaturanstieg die Bedingungen so verändert, dass die Temperatur weiter ansteigt und oft zu einer Zerstörung führt. Vereinfacht gesagt: Die Batterie erzeugt schneller Wärme, als sie diese abführen kann. Sobald die Innentemperatur einen bestimmten Schwellenwert erreicht – typischerweise etwa 100 °C –, kommt es zu einer Kettenreaktion.130 °C bis 150 °C—Der Separator zwischen Anode und Kathode beginnt zu schmelzen, wodurch eine enorme Energiemenge freigesetzt wird. Dieser Vorgang läuft innerhalb von Sekunden ab und ist, sobald er begonnen hat, ohne spezielle Brandbekämpfungsmaßnahmen kaum noch zu stoppen.

Die Gefahr interner Kurzschlüsse

Ein interner Kurzschluss ist die häufigste Ursache für den schleichenden Ausfall von Batterien. Er entsteht, wenn die positiven und negativen Elektroden im Inneren der Zelle direkten Kontakt haben. Normalerweise trennt eine dünne, poröse Membran, der sogenannte Separator, die Elektroden und ermöglicht gleichzeitig den Ionenfluss. Wird diese Membran jedoch durch einen mechanischen Stoß oder einen Herstellungsfehler beschädigt, fließt der Strom den Weg des geringsten Widerstands. Dieser konzentrierte Stromfluss erzeugt einen sogenannten Hotspot. Da die Energiedichte moderner Lithium-Ionen- oder Hochleistungs-Bleiakkumulatoren so hoch ist, kann selbst eine mikroskopisch kleine Beschädigung zum Totalausfall der Zelle führen.

Äußerer Stress und Umwelteinflüsse

Batterien reagieren empfindlich auf ihre Umgebung. Physische Beschädigungen, wie das Durchstechen oder Quetschen eines Akkus, sind eine offensichtliche Ursache für Brände. Umgebungswärme ist jedoch genauso gefährlich. Die Lagerung von Batterien in Hochtemperaturlagern oder in der Nähe von Maschinen, die Wärme erzeugen, beeinträchtigt die chemische Stabilität des Elektrolyten. Bei Blei-Säure-Batterien führt übermäßige Hitze zu Wasserverlust und thermischer Ausbeulung, bei der sich das Gehäuse ausdehnt. Bei Lithium-Batterien beschleunigt Hitze das Wachstum der SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase), was letztendlich den Innenwiderstand erhöht und die Batterie während des Gebrauchs anfälliger für Überhitzung macht.

Ladezyklen und Spannungsmanagement

Der Ladevorgang ist die Phase, in der eine Batterie am anfälligsten ist. Überladung tritt auf, wenn die Ladespannung die spezifizierte Grenze der Batterie überschreitet. Dadurch werden überschüssige Ionen in die Elektrodenstruktur gepresst, was zu deren Instabilität führt. Bei Blei-Säure-Batterien führt Überladung zur Elektrolyse von Wasser, wodurch brennbarer Wasserstoff freigesetzt wird. Bei Lithium-Batterien kann es zur Lithiumplattierung kommen, bei der sich metallisches Lithium auf der Oberfläche der Anode bildet. Diese metallischen Ablagerungen sind scharfkantig und können schließlich den Separator durchstoßen, was wiederum zu dem bereits erwähnten internen Kurzschluss führt. Ein hochwertiges Batteriemanagementsystem (BMS) ist der erste Schutzmechanismus, aber die Batterie selbst muss so konstruiert sein, dass sie diesen Belastungen standhält.

Herstellungsfehler und Verunreinigungen

Viele Batterieausfälle lassen sich auf den Reinraum – oder dessen Fehlen – während der Fertigung zurückführen. Winzige Staubpartikel oder Metallspäne (Grate), die beim Montageprozess entstehen, führen zwar nicht sofort zu einem Ausfall, wirken aber wie Keimzellen für Probleme. Über Dutzende von Lade- und Entladezyklen können diese Verunreinigungen wandern oder lokale Spannungen in der Zellstruktur verursachen. Deshalb investieren Hersteller hochwertiger Batterien massiv in staubfreie Umgebungen und automatisierte Inspektionssysteme. Ein einziges mikroskopisch kleines Metallfragment genügt, um eine Hochleistungsbatterie Monate nach Verlassen des Werks in ein Sicherheitsrisiko zu verwandeln.

Die Bedeutung des Bleischweißens

In der Welt der Industriebatterien ist die Art und Weise, wie die internen Komponenten verbunden werden, von entscheidender Bedeutung. Bei der Herstellung von Blei-Säure-Batterien werden die Zellen durch Durchschweißen verbunden. Ist diese Schweißnaht schwach, ungleichmäßig oder weist sie Lufteinschlüsse auf, entsteht ein hoher elektrischer Widerstand. Wird der Batterie ein hoher Strom entnommen – beispielsweise beim Starten eines Motors –, erhitzt sich die schwache Schweißstelle rapide. Erreicht die Temperatur an der Schweißstelle den Schmelzpunkt von Blei oder entzünden sich umgebende Gase, kann die Batterie explodieren.Schweißtiefe und Drucksind die beiden wichtigsten Parameter, die darüber entscheiden, ob eine Batterie eine zuverlässige Energiequelle oder eine tickende Zeitbombe ist.

Globale Qualitätsstandards

Sicherheit ist kein Zufall, sondern das Ergebnis strenger Testverfahren. Zuverlässige Batterien durchlaufen eine Reihe von Tests, darunter Vibrations-, Stoß-, Kurzschluss- und Temperaturwechseltests. Für Geschäftskunden ist es entscheidend, dass Lieferanten automatisierte Testverfahren einsetzen. Manuelle Prüfungen sind fehleranfällig, insbesondere in der Serienfertigung. Automatisierung gewährleistet, dass jede einzelne Einheit die gleichen Sicherheitsstandards erfüllt. Die Datenerfassung während des Montageprozesses ermöglicht es Herstellern, eine fehlerhafte Einheit bis zur exakten Produktionsminute zurückzuverfolgen und festzustellen, ob eine Rohmaterialcharge fehlerhaft war oder eine Maschinenkalibrierung verstellt wurde.

Produktionsoptimierung durch fortschrittliche Technologie

Um die Risiken mangelhafter interner Verbindungen und Schweißfehler zu vermeiden, setzen führende Hersteller auf integrierte Lösungen wie dieVollautomatische CNC-Durchwandschweißnahtprüfmaschinevon Better Technology Group Limited. Dieses fortschrittliche System optimiert die Produktion von Blei-Säure-Batterien durch die Kombination von präzisem NC-Schweißen (Numerische Steuerung) mit sofortiger Qualitätskontrolle. Durch die Automatisierung des Durchschweißprozesses gewährleistet die Maschine die einwandfreie Funktion.100%ige Konsistenz der SchweißnahtfestigkeitDadurch wird das Risiko von Innenwiderstand und unbeabsichtigter Selbstentzündung deutlich reduziert. Die Echtzeit-Überwachungsfunktionen erkennen Defekte, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben würden, und gewährleisten so, dass jede Batterie, die das Werk verlässt, hinsichtlich Sicherheit und Langzeitleistung optimiert ist. Unternehmen, die ihre Produktionssicherheit und -effizienz verbessern möchten, finden in dieser Komplettlösung die notwendige technische Präzision, um auf dem globalen Markt wettbewerbsfähig zu sein.