Por qué explota una batería de litio: causas y prevención

Las baterías de ion-litio almacenan una gran cantidad de energía en poco espacio. Esta característica ha permitido desarrollar teléfonos, herramientas, bicicletas eléctricas, vehículos y equipos portátiles cada vez más potentes.

Sin embargo, una batería dañada, sobrecargada, cortocircuitada o sometida a temperaturas excesivas puede entrar en un proceso denominado fuga térmica.

No todos los fallos terminan en una explosión. Dependiendo de las circunstancias, una batería puede calentarse, hincharse, expulsar gases, producir humo, incendiarse o sufrir una ruptura violenta.

En este artículo explicamos por qué puede fallar una batería de litio, qué provoca una fuga térmica y qué medidas ayudan a reducir el riesgo.

Si quieres comprender primero su funcionamiento interno, puedes consultar nuestra guía sobre cómo funcionan las baterías de litio.

¿Qué ocurre realmente cuando una batería de litio explota?

El fenómeno más importante que debemos conocer es la fuga térmica o thermal runaway.

Se produce cuando una celda alcanza una situación en la que genera calor internamente más rápido de lo que puede disiparlo.

La temperatura aumenta y puede acelerar nuevas reacciones químicas dentro de la celda, generando todavía más calor.

Si el proceso continúa pueden producirse:

  • temperaturas extremadamente elevadas;
  • liberación de gases;
  • venteo violento;
  • humo;
  • incendio;
  • ruptura de la celda.

UL Research Institutes explica que la fuga térmica es un estado de auto-calentamiento incontrolado y que puede producir temperaturas muy elevadas, venteo violento, humo y fuego. UL Research Institutes

Cómo comienza una fuga térmica

No existe una única causa.

NASA clasifica entre los posibles desencadenantes el abuso eléctrico, mecánico y térmico, incluyendo sobrecarga, cortocircuitos, aplastamiento, golpes y calentamiento externo. NTRS

Las causas principales pueden agruparse en varios tipos.

1. Cortocircuito interno

Dentro de una celda, el ánodo y el cátodo están separados por una membrana muy fina denominada separador.

Si esta barrera se daña, ambos electrodos pueden entrar en contacto.

Esto provoca un cortocircuito interno capaz de generar una gran cantidad de calor en una zona muy pequeña.

Un cortocircuito interno puede estar relacionado con:

  • defectos de fabricación;
  • contaminación interna;
  • daño mecánico;
  • sobrecarga;
  • determinadas condiciones de uso fuera de especificaciones.

Por eso la calidad de fabricación de la celda resulta especialmente importante.

2. Cortocircuito externo

Un cortocircuito también puede producirse fuera de la batería.

Por ejemplo, si un objeto metálico conecta directamente el polo positivo y el negativo de una celda.

Las baterías de ion-litio pueden proporcionar corrientes muy elevadas.

Por ello nunca debemos transportar celdas sueltas junto con:

  • monedas;
  • llaves;
  • tornillos;
  • herramientas metálicas.

Las celdas individuales deben llevar sus terminales protegidos.

Una batería no debe cargarse por encima de los límites indicados por su fabricante.

3. Sobrecarga

Una tensión excesiva puede provocar reacciones químicas no deseadas, calentamiento y degradación de los materiales internos.

La sobrecarga puede producirse por:

  • cargador incorrecto;
  • fallo electrónico;
  • BMS inadecuado;
  • configuración incorrecta del cargador;
  • sistema de protección defectuoso.

Por eso es fundamental utilizar un cargador compatible con la química y configuración de la batería.

Puedes consultar nuestros cargadores para baterías de litio.

4. Sobredescarga

Descargar repetidamente una celda por debajo de los límites establecidos tampoco es recomendable.

Una sobredescarga severa puede producir cambios internos que posteriormente hagan peligrosa la recarga.

NASA identifica la sobredescarga seguida de recarga entre las condiciones que pueden contribuir a un cortocircuito interno y a la fuga térmica. NTRS

Por ello, una celda que haya permanecido durante mucho tiempo a una tensión anormalmente baja no debe recuperarse automáticamente sin conocer su estado.

5. Daños físicos

Golpear, aplastar o perforar una batería puede deformar sus componentes internos.

Un impacto importante puede:

  • dañar el separador;
  • provocar un cortocircuito;
  • deformar los electrodos;
  • producir fugas;
  • desencadenar calentamiento interno.

Una batería que ha sufrido un golpe importante debe inspeccionarse antes de seguir utilizándola.

Si presenta deformaciones o daños evidentes, no debe continuar en servicio.

6. Temperaturas elevadas

El calor acelera muchas reacciones internas de una batería.

Una celda expuesta a temperaturas excesivas puede degradarse rápidamente y aumentar el riesgo de fuga térmica.

Debemos evitar dejar baterías:

  • dentro de un vehículo expuesto al sol;
  • junto a radiadores;
  • cerca de llamas;
  • sobre superficies extremadamente calientes;
  • en lugares sin ventilación sometidos a mucho calor.

Una batería que se calienta de forma anormal durante un uso que antes realizaba correctamente merece atención.

7. Cargar una batería demasiado fría

El frío no actúa exactamente igual que el calor.

Una batería fría puede ofrecer temporalmente menos potencia y capacidad.

El problema más importante aparece al cargar determinadas baterías de ion-litio a temperaturas demasiado bajas.

En esas condiciones puede favorecerse la deposición de litio metálico en el ánodo, deteriorando la celda y aumentando el riesgo de futuros fallos.

Si una batería ha permanecido en un ambiente muy frío, conviene permitir que alcance una temperatura adecuada antes de cargarla.

8. Defectos de fabricación

Una batería puede presentar problemas internos incluso antes de utilizarse.

Entre los posibles defectos encontramos:

  • contaminación;
  • partículas metálicas;
  • separadores defectuosos;
  • soldaduras incorrectas;
  • errores de montaje.

Un defecto interno puede permanecer latente durante cierto tiempo antes de provocar un fallo.

Este es uno de los motivos por los que conviene utilizar celdas de fabricantes reconocidos y procedencia fiable.

Consulta también nuestra guía sobre cómo detectar celdas de litio falsas 18650 y 21700.

9. Utilizar una celda por encima de su corriente máxima

No todas las baterías pueden proporcionar la misma corriente.

Una celda diseñada para 10 A no debe utilizarse como si pudiera entregar continuamente 30 o 40 A.

Cuando una batería trabaja por encima de sus límites puede producirse:

  • caída excesiva de tensión;
  • calentamiento;
  • degradación acelerada;
  • daños internos.

Por eso la capacidad en mAh no es suficiente para elegir una batería.

También debemos conocer su corriente máxima admisible.

10. Baterías envejecidas o deterioradas

Una batería no se vuelve peligrosa automáticamente por ser antigua.

Sin embargo, con el tiempo pueden aumentar:

  • resistencia interna;
  • calentamiento;
  • pérdida de capacidad;
  • caída de tensión.

Una celda muy deteriorada puede comportarse peor bajo cargas elevadas.

Si observamos un cambio importante respecto a su comportamiento habitual, conviene revisar su estado.

Señales de advertencia

Debemos dejar de utilizar una batería si observamos señales como:

  • hinchazón;
  • deformación;
  • calentamiento anormal;
  • olor químico extraño;
  • humo;
  • fugas;
  • corrosión importante;
  • aislamiento deteriorado;
  • ruidos inusuales;
  • pérdida muy rápida de capacidad.

Una batería con estos síntomas debe mantenerse alejada de materiales combustibles y gestionarse adecuadamente.

El papel del BMS en la seguridad

En baterías formadas por múltiples celdas, el BMS puede proporcionar protecciones fundamentales.

Dependiendo del modelo puede controlar:

  • sobretensión;
  • sobredescarga;
  • sobrecorriente;
  • cortocircuito;
  • temperatura;
  • equilibrio entre grupos.

Pero un BMS no convierte en segura cualquier batería ni corrige una selección incorrecta de las celdas.

Debe ser compatible con:

  • química;
  • número de grupos en serie;
  • corriente de carga;
  • corriente de descarga;
  • características del paquete.

Puedes consultar nuestra guía sobre los tipos de BMS.

El BMS no sustituye al cargador

Este punto merece especial atención.

El BMS protege la batería frente a determinadas condiciones anormales, pero el cargador sigue teniendo que ser el adecuado.

El cargador debe coincidir con:

  • química;
  • tensión máxima;
  • número de celdas en serie;
  • corriente permitida.

No debemos confiar en que el BMS corregirá permanentemente un cargador incorrecto.

Cómo reducir el riesgo durante la carga

Algunas prácticas sencillas ayudan a reducir problemas.

Utilizar un cargador compatible

Debe ser adecuado para la batería concreta.

Revisar cables y conectores

Un conector deteriorado o una conexión con elevada resistencia puede generar calor.

Evitar superficies combustibles

Durante la carga es preferible utilizar un lugar estable, ventilado y apartado de materiales fácilmente inflamables.

No recomendamos cargar baterías:

  • sobre camas;
  • sofás;
  • mantas;
  • papeles;
  • junto a líquidos inflamables.

No utilizar baterías dañadas

Una batería golpeada, hinchada o con fugas no debe ponerse a cargar para “ver si funciona”.

Cómo reducir el riesgo durante el almacenamiento

Cuando una batería no va a utilizarse durante mucho tiempo debemos evitar condiciones que aceleren su degradación.

En general conviene:

  • evitar temperaturas elevadas;
  • mantenerla seca;
  • proteger sus terminales;
  • evitar que quede profundamente descargada;
  • comprobar periódicamente su estado.

Puedes consultar nuestra guía sobre qué le pasa a una batería de litio si no se usa.

Celdas 18650 y 21700

Las mismas precauciones son especialmente importantes cuando manipulamos celdas cilíndricas sueltas.

Una 18650 o 21700 puede proporcionar una corriente suficientemente elevada como para calentar rápidamente un objeto metálico que produzca un cortocircuito.

Debemos revisar:

  • envoltura;
  • aislante del polo positivo;
  • deformaciones;
  • corrosión;
  • terminales.

Una envoltura dañada puede dejar expuesta la carcasa metálica de la celda.

Las baterías falsas aumentan el riesgo

Una falsificación puede imitar el aspecto exterior de una celda reconocida mientras utiliza internamente componentes diferentes.

Puede ofrecer:

  • menos capacidad;
  • mayor resistencia interna;
  • menor corriente;
  • peor control de fabricación.

Por ello resulta especialmente importante comprar celdas con procedencia conocida y especificaciones verificables.

Qué hacer si una batería comienza a calentarse o hincharse

Si un dispositivo o batería empieza a:

  • calentarse de manera anormal;
  • hincharse;
  • emitir humo;
  • desprender olor extraño;

debemos dejar de utilizarla inmediatamente.

No debemos perforarla, aplastarla ni intentar desmontarla.

Si existe humo, fuego o riesgo inmediato, hay que alejarse del área y seguir las indicaciones de los servicios de emergencia.

La FAA recomienda informar inmediatamente cuando una batería o dispositivo presenta sobrecalentamiento, expansión, humo o combustión durante un vuelo. También considera que una batería dañada o retirada del mercado puede representar un riesgo peligroso de generación de calor. Administración Federal de Aviación

¿Una batería hinchada va a explotar?

No podemos afirmar que vaya a explotar necesariamente.

Pero una batería hinchada indica que se han producido cambios internos y generación de gases.

Debe considerarse una batería dañada.

No debemos:

  • seguir utilizándola;
  • volver a cargarla;
  • perforarla para liberar el gas;
  • presionarla para devolverla a su forma.

Debe gestionarse correctamente para su reciclaje o tratamiento.

¿Las baterías de litio explotan con facilidad?

No.

Millones de baterías de ion-litio se utilizan diariamente sin incidentes.

Pero almacenan mucha energía y un fallo grave puede tener consecuencias importantes.

La mejor estrategia no consiste en tener miedo a esta tecnología, sino en:

  • utilizar productos adecuados;
  • respetar especificaciones;
  • evitar daños;
  • utilizar sistemas de protección;
  • sustituir baterías deterioradas.

¿Puede propagarse el incendio entre celdas?

Sí.

En una batería formada por múltiples celdas, el calor liberado por una celda en fuga térmica puede calentar las unidades próximas.

Si una celda vecina alcanza una temperatura crítica puede entrar también en fuga térmica.

Este proceso se denomina propagación de fuga térmica.

La FAA y NASA han documentado que la energía liberada por una celda puede provocar la fuga térmica de celdas adyacentes. Administración Federal de Aviación

Por eso el diseño térmico de un paquete resulta tan importante.

Transporte de baterías de litio

El transporte está sujeto a requisitos específicos precisamente por los riesgos asociados a daños y cortocircuitos.

En aviación existen restricciones especiales para baterías de repuesto y power banks.

La FAA exige que las baterías de litio de repuesto y los cargadores portátiles se transporten en el equipaje de mano y con los terminales protegidos frente a cortocircuitos. Administración Federal de Aviación

Los requisitos pueden variar dependiendo de:

  • capacidad;
  • tipo de batería;
  • medio de transporte;
  • normativa aplicable.

Fuga térmica y vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos utilizan paquetes formados por numerosas celdas o módulos.

En estos sistemas existen diferentes niveles de protección:

  • BMS;
  • sensores;
  • refrigeración;
  • fusibles;
  • contactores;
  • protecciones estructurales.

Un accidente grave puede dañar físicamente el paquete y, en determinadas circunstancias, provocar fuga térmica.

Por eso los fabricantes diseñan sus baterías teniendo también en cuenta impactos, propagación térmica y aislamiento entre componentes.

Nuevas tecnologías y seguridad

La industria continúa investigando baterías con:

  • mayor estabilidad;
  • menor riesgo térmico;
  • electrolitos mejorados;
  • materiales más resistentes;
  • mejores separadores.

Las baterías de estado sólido son una de las tecnologías que se investigan para mejorar densidad energética y seguridad.

Sin embargo, todavía existen numerosos retos técnicos y de fabricación antes de que sustituyan de forma generalizada a las actuales baterías de ion-litio.

Preguntas frecuentes

¿Por qué explota una batería de litio?

Normalmente existe algún tipo de fallo que provoca un calentamiento excesivo y puede desencadenar una fuga térmica.

Entre las posibles causas están:

  • cortocircuitos;
  • sobrecarga;
  • daño físico;
  • temperaturas excesivas;
  • defectos internos.

¿Puede explotar una batería sin estar cargándose?

Sí.

Un cortocircuito interno, daño físico o calentamiento externo puede provocar un fallo aunque la batería no esté conectada a un cargador.

¿Un cargador incorrecto puede provocar un incendio?

Sí.

Si suministra una tensión o corriente incompatibles puede someter la batería a condiciones fuera de sus especificaciones.

¿El frío puede hacer explotar una batería?

El frío por sí solo no suele producir el mismo mecanismo que el sobrecalentamiento.

Sin embargo, cargar una batería de ion-litio a temperaturas excesivamente bajas puede dañarla internamente y aumentar problemas posteriores.

¿Una batería vieja es peligrosa?

No necesariamente.

Pero una batería envejecida puede presentar mayor resistencia interna, calentamiento y pérdida de capacidad.

Debe sustituirse si muestra signos de deterioro importantes.

¿Una batería hinchada puede seguir utilizándose?

No.

Debe retirarse de servicio.

¿Un BMS evita cualquier incendio?

No.

Reduce riesgos y proporciona protecciones importantes, pero no puede compensar todos los posibles defectos, daños o condiciones de uso incorrectas.

¿Puedo utilizar cualquier 18650 o 21700 si físicamente cabe?

No.

Debemos comprobar:

  • tensión;
  • química;
  • capacidad;
  • corriente;
  • tipo de terminal;
  • especificaciones del dispositivo.

Conclusión

Una batería de litio no explota sin motivo.

Detrás de los fallos graves suele existir una combinación de factores como:

  • cortocircuito;
  • sobrecarga;
  • daño físico;
  • calor excesivo;
  • defecto interno;
  • uso fuera de especificaciones.

El mecanismo más importante en estos incidentes es la fuga térmica, un proceso en el que la batería comienza a generar calor de manera incontrolada.

La prevención se basa principalmente en:

  • utilizar celdas fiables;
  • respetar sus límites eléctricos;
  • emplear cargadores compatibles;
  • utilizar BMS adecuados;
  • evitar daños físicos;
  • controlar la temperatura;
  • retirar de servicio baterías deterioradas.

Las baterías de ion-litio son una tecnología segura cuando se diseñan, integran y utilizan correctamente, pero su elevada densidad energética hace imprescindible tratarlas con respeto y seguir las especificaciones del fabricante.

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