锂离子电池不同的失效原因分类

在能源危机和环境污染的大布景下，锂离子电池作为21世纪开展的理想能源，遭到越来越多的重视。但锂离子电池在出产、运输、运用进程中会呈现某些失效现象。并且单一电池失效之后会影响整个电池组的功能和可靠性，甚至会导致电池组停止工作或其他安全问题。

近年来国内外发生了多起与电池相关的起火爆破事端：美国特斯拉ModelS电动汽车起火事端、SamsungNote7手机电池起火事端、武汉孚特电子厂房起火、天津SamsungSDI工厂起火等……

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锂电池失效的分类

为了避免上述呈现的功能衰减和电池安全问题，开展锂电池失效剖析势在必行。锂电池的失效是指由某些特定的本质原因导致电池功能衰减或运用功能反常，分为功能失效和安全性失效。

常见锂电池失效的分类

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锂电池失效的原因

锂电池失效的原因能够分为内因和外因。

内因首要指的是失效的物理、化学变化本质，研讨规范能够追溯到原子、分子规范，研讨失效进程的热力学、动力学变化。

外因包含碰击、针刺、腐蚀、高温焚烧、人为损坏等外部因素。

锂电池失效的内部状况

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锂电池常见的失效表现及其失效机理剖析

容量衰减失效

“规范循环寿命测试时，循环次数到达500次时放电容量应不低于初始容量的90%。或许循环次数到达1000次时放电容量不该低于初始容量的80%”，若在规范循环范围内，容量呈现急剧下滑现象均属于容量衰减失效。

电池容量衰减失效的本源在于资料的失效，同时与电池制作工艺、电池运用环境等客观因素有紧密联系。从资料视点看，构成失效的原因首要有正极资料的结构失效、负极外表SEI过渡成长、电解液分化与变质、集流体腐蚀、系统微量杂质等。

正极资料的结构失效：正极资料结构失效包含正极资料颗粒破碎、不可逆相改变、资料无序化等。LiMn2O4在充放电进程中会因Jahn-Teller效应导致结构发生畸变，甚至会发生颗粒破碎，构成颗粒之间的电触摸失效。LiMn1.5Ni0.5O4资料在充放电进程中会发生“四方晶系-立方晶系”相改变，LiCoO2资料在充放电进程中由于Li的过渡脱出会导致Co进入Li层，构成层状结构紊乱化，限制其容量发挥。

负极资料失效：石墨电极的失效首要发生在石墨外表，石墨外表与电解液反响，出产固态电解质界面相（SEI），如果过度成长会导致电池内部系统中锂离子含量下降，成果就是导致容量衰减。硅类负极资料的失效首要在于其巨大的体积膨胀导致的循环功能问题。

电解液失效：LiPF6稳定性差，简单分化使电解液中可迁移Li+含量下降。它还简单和电解液中的痕量水反响生成HF，构成电池内部被腐蚀。气密性不好引起电解液变质，电解液黏度和色度都发生变化，终究导致传输离子功能急剧下滑。

集流体的失效：集流体腐蚀、集流体附着力下降。上述电解液失效生成的HF会对集流体构成腐蚀，生成导电性差的化合物，导致欧姆触摸增大或活性物质失效。充放电进程中Cu箔在低电位下被溶解后，沉积在正极外表，这就是所谓的“析铜”。集流体失效常见的形式是集流体与活性物之间的结合力不够导致活性物质剥离，不能为电池供给容量。

内阻增大

锂电池内阻增大会随同有能量密度下降、电压和功率下降、电池产热等失效问题。导致锂离子电池内阻增大的首要因素分为电池要害资料和电池运用环境。

电池要害资料：正极资料的微裂纹与破碎、负极资料的损坏与外表SEI过厚、电解液老化、活性物质与集流体脱离、活性物质与导电添加剂的触摸变差（包含导电添加剂的丢失）、隔阂缩孔堵塞、电池极耳焊接反常等。

电池运用环境：环境温度过高/低、过充过放、高倍率充放、制作工艺和电池规划结构等。

内短路

内短路往往会引起锂离子电池的自放电，容量衰减，部分热失控以及引起安全事端。

铜/铝集流体之间的短路：电池出产或运用进程中未修剪的金属异物穿刺隔阂或电极、电池封装中极片或极耳发生位移引起正、负集流体触摸引起的。

隔阂失效引起的短路：隔阂老化、隔阂塌缩、隔阂腐蚀等会导致隔阂失效，失效隔阂失去电子绝缘性或空隙变大使正、负极微触摸，然后呈现部分发热严峻，持续充放电会向四周扩散，导致热失控。

杂质导致短路：正极浆料中过渡金属杂质未除干净会导致刺穿隔阂或促使负极锂枝晶生成导致内短路。

锂枝晶引起的短路：长循环进程中部分电荷不均匀的地方会呈现锂枝晶，枝晶透过隔阂导致内短路。

电池规划制作或电池组拼装进程上，规划不合理或部分压力过大也会导致内短路。电池过冲和过放的诱导下也会呈现内短路。

产气

在电池化成工艺进程中消耗电解液构成稳定SEI膜所发生的产气现象为正常产气，但是过渡消耗电解液开释气体或正极资料释氧等现象属于反常放气。常呈现在软包电池中，会构成电池内部压力过大而变形、撑破封装铝膜、内部电芯触摸问题等。

锂电池失效的分类和失效的原因

正常电芯与失效电芯气体成分剖析

电解液中的痕量水分或电极活性资料未烘干，导致电解液中锂盐分化发生HF，腐蚀集流体Al以及损坏黏结剂，发生氢气。不合适电压范围导致的电解液中链状/环状酯类或醚类会发生电化学分化，会发生C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、CO2等。

热失控

热失控是指锂离子电池内部部分或整体的温度急速上升，热量不能及时散去，大量积聚在内部，并诱发进一步的副反响。诱发锂电池热失控的因素为非正常运转条件，即滥用、短路、倍率过高、高温、揉捏以及针刺等。

锂电池失效的分类和失效的原因

电池内部常见的热行为

析锂

析锂即在电池的负极外表分出金属锂，是一种常见的锂电池老化失效现象。析锂会使电池内部活性锂离子减少，呈现容量衰竭，并且会构成枝晶刺穿隔阂，就会导致部分电流和产热过大，终究构成电池安全性问题。

失效电池常见析锂图片

我国失效剖析已在机械范畴和航空范畴得到系统性的开展，而在锂电池范畴还未得到系统的研讨。电池企业及资料企业各自开展锂离子电池失效剖析的研讨，但多偏重于电池制作工艺和资料的研制制备，以进步电池功能、下降电池本钱为直接目标。未来研讨院所与相关企业可加强协作交流，力求树立与完善的锂离子电池失效故障树和失效剖析流程。