鋰離子電池失效，指由某些特定的本質(zhì)原因引起的電池性能衰減或使用性能異常，它可能發(fā)生在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅會(huì)影響電池的性能，甚至?xí)l(fā)起火、爆炸等安全問題。鋰電池失效根據(jù)影響類型的不同，可以分為性能失效和安全性失效。其出現(xiàn)的主要原因也分為兩種，分別是內(nèi)因和外因:內(nèi)因包括物理失效、化學(xué)變化等，外因包括高溫、撞擊、針刺、人為損壞等。接下來為大家詳細(xì)介紹數(shù)種常見的鋰電池失效，包括容量衰減失效、內(nèi)短路、內(nèi)阻增大、熱失控等。

 

容量衰減失效

 

一般在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測(cè)試時(shí)，在循環(huán)次數(shù)達(dá)到500次后，電池容量不應(yīng)低于初始值的90%，達(dá)到1000次后，不應(yīng)低于初始值的80%，如容量不符合該標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)衰減過度的現(xiàn)象，則屬于容量衰減失效。鋰離子電池的容量衰減失效分為可逆容量衰減和不可逆容量衰減。其中可逆衰減能夠通過調(diào)整電池的充放電制度及改善電池的使用環(huán)境等方法恢復(fù)損失的容量，不可逆衰減因?yàn)槭请姵貎?nèi)部發(fā)生了不可逆的變化產(chǎn)生了無法恢復(fù)的容量損失，因此無法挽救。

 

電池容量衰減的主要原因在于材料失效，也和電池的制造工藝、使用環(huán)境等客觀因素有不可分割的聯(lián)系。從材料角度來說，造成容量衰減失效的成因有正極材料失效、負(fù)極表面SEI過渡生產(chǎn)、電解液失效、集流體失效等等。

 

內(nèi)短路

 

內(nèi)短路往往會(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。在電池內(nèi)部發(fā)生短路期間，兩種電極材料以電子方式在內(nèi)部互連，導(dǎo)致局部高電流密度。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。長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)部短路會(huì)導(dǎo)致自放電及局部溫度上升，局部溫度上升產(chǎn)生的影響非常顯著，因?yàn)槿绻麥囟瘸瞿骋婚撝?，電解質(zhì)可能通過放熱反應(yīng)開始分解，從而引起熱失控，具有潛在的健康和安全隱患。

 

內(nèi)阻增大

 

鋰離子電池內(nèi)阻與電池內(nèi)部電子傳輸和離子傳輸過程有關(guān)，主要分為歐姆電阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻主要由電化學(xué)極化引發(fā)，又分為電化學(xué)極化和濃差極化。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)熱等失效問題。影響其產(chǎn)生的主要因素有電池關(guān)鍵材料與電池使用環(huán)境，但關(guān)鍵材料產(chǎn)生異常是內(nèi)阻增大的根本影響因素。

 

熱失控

 

“熱失控”是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過程:升高的溫度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱升高溫度，這又反過來又讓系統(tǒng)變得更熱。鋰電池?zé)崾Э貏t是指電池內(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)。參與“熱失控”反應(yīng)的是鋰電池中的氧化鈷化學(xué)物。加熱這種化學(xué)物達(dá)到一定溫度，它就開始自發(fā)熱，然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下，這種有機(jī)電解液釋放壓力會(huì)導(dǎo)致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下，或者是遇到火花，它也有可能會(huì)燃燒。為了防止熱失控現(xiàn)象的發(fā)生，一般會(huì)采用PTC、安全閥、導(dǎo)熱膜等措施，但更重要的是完善電池在設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)，及使用的方法。

 

產(chǎn) 氣

 

鋰離子電池產(chǎn)氣有兩種，分別是正常產(chǎn)氣和異常產(chǎn)氣，在電池化成工藝過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，過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現(xiàn)象屬于異常產(chǎn)氣。在鋰電池組裝完成后，預(yù)化成過程中會(huì)產(chǎn)生少量氣體，這些氣體是不可避免的，也是所謂的電芯不可逆容量損失來源。在首次充放電過程中，電子由外電路到達(dá)負(fù)極后會(huì)與負(fù)極表面的電解液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氣體。

 

析 鋰

 

鋰離子電池在充電過程中，鋰離子會(huì)從正極脫嵌并嵌入負(fù)極，但當(dāng)發(fā)生異常情況造成從正極脫嵌的鋰離子無法嵌入負(fù)極的話，鋰離子就只能析出在負(fù)極表面，形成一層灰色的物質(zhì)，這就是析鋰。析鋰的原因有很多種，包括負(fù)極余量不夠、正負(fù)極涂面不均勻、低溫環(huán)境充電、大倍率充電等等。目前主要是通過加入電解液添加劑、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)來抑制析鋰失效的產(chǎn)生。