電池外部物理原因?qū)е?a href="http://www.pdszhhs.com/" style="box-sizing: border-box; background-color: transparent; color: rgb(51, 122, 183); text-decoration-line: none;" target="_blank">鋰電池失效，主要包括撞擊、針刺、人為破壞等外部因素，通過(guò)物理方式導(dǎo)致鋰電池失效。

 

1

容量衰減失效

若在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)范圍內(nèi)，循環(huán)次數(shù)無(wú)法滿足達(dá)到500次時(shí)放電容量應(yīng)不低于初始容量的90%，或者循環(huán)次數(shù)達(dá)到1000次時(shí)放電容量不應(yīng)低于初始容量的80%的現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。這主要是由材料的失效、電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有關(guān)。

 

2

內(nèi)短路

鋰離子電池中發(fā)生內(nèi)部短路可能是鋰枝晶的形成或壓縮沖擊等情況引起的，往往會(huì)引起鋰離子電池的自放電，容量衰減，局部熱失控以及引起安全事故。

 

3

內(nèi)阻增大

當(dāng)電池內(nèi)阻增大時(shí)，伴隨而生的還有能量密度下降、電壓功率下降、電池產(chǎn)熱等失效問(wèn)題。影響其產(chǎn)生的主要因素是電池關(guān)鍵材料，此外還與電池使用環(huán)境有關(guān)。

 

4

產(chǎn) 氣

在電池化成工藝過(guò)程中消耗電解液形成穩(wěn)定SEI膜所發(fā)生的產(chǎn)氣現(xiàn)象為正常產(chǎn)氣，但是過(guò)渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現(xiàn)象屬于異常放氣。常出現(xiàn)在軟包電池中，會(huì)造成電池內(nèi)部壓力過(guò)大而變形、撐破封裝鋁膜、內(nèi)部電芯接觸問(wèn)題等。

 

5

熱失控

鋰電池?zé)崾Э厥侵鸽姵貎?nèi)部局部或整體的溫度急速上升熱量不能及時(shí)散去，大量積聚在內(nèi)部，并誘發(fā)進(jìn)一步的副反應(yīng)。誘發(fā)鋰電池?zé)崾Э氐囊蛩貫榉钦＿\(yùn)行條件，即濫用、短路、倍率過(guò)高、高溫、擠壓以及針刺等。

 

6

析 鋰

析鋰即在電池的負(fù)極表面析出金屬鋰，是一種常見(jiàn)的鋰電池老化失效現(xiàn)象。析鋰會(huì)使電池內(nèi)部活性鋰離子減少，出現(xiàn)容量衰竭，而且會(huì)形成枝晶刺穿隔膜，就會(huì)導(dǎo)致局部電流和產(chǎn)熱過(guò)大，最終造成電池安全性問(wèn)題。目前主要是通過(guò)加入電解液添加劑、人造SEI、高鹽度電解液、結(jié)構(gòu)化負(fù)極、優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)來(lái)抑制析鋰失效的產(chǎn)生。

 

一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池出現(xiàn)安全問(wèn)題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問(wèn)題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過(guò)充、火源、擠壓、穿刺、短路等問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致安全性問(wèn)題。鋰離子電池在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，如果產(chǎn)生的熱量超過(guò)了電池?zé)崃康暮纳⒛芰?，鋰離子電池就會(huì)過(guò)熱，電池材料就會(huì)發(fā)生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負(fù)極與電解液的反應(yīng)和負(fù)極與粘合劑的反應(yīng)等破壞性的副反應(yīng)。

 

 

 

 1 

正極材料的安全隱患

 

當(dāng)鋰離子電池使用不當(dāng)時(shí)，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會(huì)發(fā)生活性物質(zhì)的分解和電解液的氧化。同時(shí)，這兩種反應(yīng)能夠產(chǎn)生大量的熱，從而造成電池溫度的進(jìn)一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對(duì)活性物質(zhì)晶格轉(zhuǎn)變、分解溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

 

 2 

負(fù)極材料的安全隱患

 

早期使用的負(fù)極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產(chǎn)生鋰枝晶，進(jìn)而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產(chǎn)生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負(fù)極首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應(yīng)的放熱速率遠(yuǎn)大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應(yīng)放熱速率。

 

 3 

隔膜與電解液的安全隱患

 

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機(jī)溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分解，并與微量的水以及有機(jī)溶劑之間進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機(jī)溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點(diǎn)、閃點(diǎn)較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應(yīng)，易被氧化。

 

 4 

制造工藝中的安全隱患

 

鋰離子電池在制造過(guò)程中，電極制造、電池裝配等過(guò)程都會(huì)對(duì)電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負(fù)極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無(wú)一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細(xì)度太大，電池充放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；漿料細(xì)度太小會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻過(guò)大。涂布加熱溫度過(guò)低或烘干時(shí)間不足會(huì)使溶劑殘留，粘結(jié)劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過(guò)高可能造成粘結(jié)劑炭化，活性物質(zhì)脫落造成電池內(nèi)部短路。