リチウムポリマー電池の体積はどれくらい増えますか？

小型のリチウムポリマーバッテリー（4x12x30 mm、120 mA-h）を搭載したデバイスを設計しています。このように見える：

ケース内のバッテリー用に残されるスペースは、拡張を可能にするために公称寸法よりも約10％大きくする必要があるという経験則があると聞いています。余分な10％はかなり大きいようです。

1. この経験則はどこから来たのですか？リチウムポリマーセルを入れるコンパートメントの大きさに関する公式の推奨事項はありますか？

2. これらのバッテリーは、通常の使用でどれくらい伸縮しますか？たとえば、充電/放電サイクル、通常の温度範囲（-20C〜60C）での温度サイクルなど。

3. 故障した場合、バッテリーが固定されたコンパートメントにあるとどうなりますか バッテリーが内部でショートした場合、バッテリーが「パフアウト」するのはかなり一般的ですが、バッテリーが拡張を妨げるコンパートメントにある場合はどうなりますか？（コンパートメントは、圧力の蓄積に耐えるのに十分な強度があると仮定します）圧力/壁は、ショートを悪化させますか、それとも改善しますか？

この論文ではセルを測定し、充電サイクルで最大0.5％の膨張を報告しました。

出典：リチウムイオンポーチ電池の拡大：中性子イメージングからの観察図7

バッテリーの寿命にわたって、1.5％以上膨張しました

出典：リチウムイオンポーチ電池の拡大：中性子イメージングからの観察図9

これらの数値をベースラインに使用することもできますが、これらの測定を妥当な程度に行うことはそれほど難しくありません。バッテリーはメーカーごとに異なるアノード/カソードと電解質の組み合わせで作られているため、膨張についてはメーカーに相談するか、測定することをお勧めします。

バッテリーの膨らみを本当に知りたい場合は、マイクロメーターを入手して放電を測定し、完全に充電された状態を測定して、その違いを確認してください。セルは熱膨張により膨張するため、最大放電下でセルを測定します。バッテリーと製造公差の違いを考慮して、自己余裕を追加してください。

また、細胞は、外側よりも内側に加熱されると、中央で膨らみます。そのため、セルの中央を必ず測定してください。

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

ナノスコピックレベルでの電極自体の電気化学による不可避な電極の膨張/収縮（lapto2dで表示）と、ポーチ型セルの「バッテリーの膨張/膨らみ」（K.Krullで表示）の間には区別が必要です。電解質の分解/ガス放出。これはセルの誤動作や製造品質の低下の兆候です。

パフに関しては、いくつかの理論がありますが、主な原因は、セルが長時間にわたってほぼ過放電状態になっている場合の電解質の分解と金属の蓄積です。

製造上の問題は生産プロセスに関連しており、そこではセルが密閉される前に「形成」され、電解質からガスが放出されます。フォーミングがずさんな/速すぎる場合、売りにはまだいくらかのガス蓄積があり、時間が経つと膨らみます。

明らかに、実際の全体的な細胞拡大は2つの効果の組み合わせであり、よくできた細胞のいくつかの研究は、50サイクル後に最大4％の拡大を示しています。この出版物を参照してください。

電極の厚さの0.5％〜1％の膨張は自然であり、ある程度の大きすぎるバッテリーコンパートメントに対応できる/する必要がありますが、不可逆的な過度の膨らみは壊滅的な故障の重大な前兆です。顧客の問題に対処するある時点で、デバイスケース全体が引き裂かれる前にこの状態を検出する圧力センサーがあれば非常に有益であることに気付きました。このアイデアはすでに特許を取得しているようです（US8717186B2）。デザイン内に圧力センサーを配置することを強くお勧めします。

これまでの回答で与えられた豊富な詳細に対抗することはできませんが、このような余分なスペースが正当な理由で使用されている例を示すと役立つと思います。

Lipoは、温度や充電/放電による通常の動作中に膨張するだけでなく、経年劣化しても膨張します。電解質の分解を調べて、この現象についてさらに調べてください。しかし、最終的には、LiPo内でのガス（主に酸素）の生成に分解されます。
あなたが期待できることについてのアイデアを提供するだけです：これを書いている間に測定した頻繁に使用される3.5歳のバッテリーは25mm（リセラーによると、データシートを見つけることができませんでした）からほぼ32mmに拡張し、25％以上です！データシートの値は再販業者の値ほど楽観的ではないと思いますが、これは実質的な増加であり、製品の設計時に考慮する必要があります。

バッテリーに膨張する余地がない場合、それは火災のリスクとなる可能性があります-最悪の場合-爆発さえ。質問の下のコメントを参照してください。これはKHによって詳細に説明されています。