Der Thermal Runaway ist der zentrale physikalisch-chemische Schadenprozess der Lithium-Ionen-Batterie. Eine sich selbst verstärkende Reaktion: Temperatur steigt, weitere Zellbestandteile zersetzen sich, dadurch entsteht noch mehr Wärme, und der Prozess beschleunigt sich. Ab einem bestimmten Punkt ist er nicht mehr durch einfache äußere Maßnahmen zu stoppen — die Energie wird im Inneren der Zelle freigesetzt.
Ein Thermal Runaway hat selten eine Ursache. Häufiger ist eine Verkettung aus latenter Vorschädigung und einem aktuellen Trigger. Die typischen Auslöser:
Eine Zelle, die beim Ladevorgang durchgeht, ist nicht zwingend wegen des Ladevorgangs versagt. Eine bereits vorhandene innere Vorschädigung — Wochen oder Monate alt — kann durch den Ladevorgang lediglich getriggert worden sein. Wer Auslöser und Ursache vermischt, ordnet Verantwortlichkeiten falsch zu. Beweissicher ist nur die saubere Trennung dieser beiden Ebenen.
Die SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase) auf der Anode beginnt sich zu zersetzen. Lithium-Plating, Dendritenwachstum oder lokale Druckstellen verändern die Zellchemie. Sichtbar wird das oft noch nicht — aber Zellspannung und Innenwiderstand verändern sich messbar.
Der Separator schmilzt oder schrumpft lokal. Anode und Kathode kommen in direkten Kontakt. Es fließt ein interner Kurzschlussstrom, der lokal große Wärmemengen freisetzt. Spätestens hier ist der Vorgang nicht mehr durch einfache äußere Kühlung beherrschbar.
Der organische Elektrolyt verdampft und zersetzt sich. Es entstehen brennbare Gase (CO, H₂, CH₄, C₂H₄ u.a.) und je nach Elektrolyt fluorhaltige Verbindungen (HF). Der Innendruck steigt. Sicherheitsventile öffnen oder Gehäuseteile bersten („Venting").
Bei NMC- und NCA-Kathoden setzt das Gitter Sauerstoff frei. Die Zelle benötigt für einzelne Reaktionen keine externe Sauerstoffzufuhr — eine reine Erstickung wirkt nicht. Es kommt zu Flammenstrahlen, Gasraumzündungen, Auswurf glühender Bestandteile.
Benachbarte Zellen werden thermisch mitgerissen, oft nicht synchron, sondern sequentiell. Ein Pack kann über Stunden bis Tage fortschreitend brennen. Wiederentzündung nach scheinbar erfolgreicher Löschung ist Teil des Schadenbildes — und einer der gefährlichsten Aspekte für Einsatzkräfte und Quarantänekonzepte.
Viele Akkuereignisse wirken für Zeugen explosionsartig. Technisch handelt es sich jedoch in der Regel nicht um eine Explosion im sprengtechnischen Sinne. Was beobachtet wird, ist eines oder mehreres der folgenden Phänomene:
Die Unterscheidung zwischen „Explosion", „Verpuffung", „Bersten" und „Venting" ist nicht akademisch. Sie ist versicherungsrechtlich erheblich und beeinflusst Polizeiberichte, Löschkonzepte und Gerichtsentscheidungen.
Hoher SoC, NMC/NCA-Chemie, dichte Pack-Bauweise ohne thermische Trennungen, geschlossene Räume mit Wärmestau, Beschädigung des Pack-Gehäuses, fehlende Branddetektion.
Niedriger SoC, LFP-Chemie, thermische Barrieren zwischen Zellen, gezielte Pack-Entgasung nach außen, frühzeitige aktive Kühlung, freier Aufstellort.
Die Spuren auf Pack- und Zellebene erlauben — bei sauberer Beweissicherung — eine erstaunlich präzise Rekonstruktion: