鋰電池失效的原因主要有哪些你知道嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-24 10:38
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為了避免上述出現(xiàn)的性能衰減和電池安全問(wèn)題，開(kāi)展鋰電池失效分析勢(shì)在必行。鋰電池的失效是指由某些特定的本質(zhì)原因?qū)е码姵匦阅芩p或使用性能異常，分為性能失效和安全性失效。
鋰電池失效的原因
鋰電池失效的原因可以分為內(nèi)因和外因。
內(nèi)因主要指的是失效的物理、化學(xué)變化本質(zhì)，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失效過(guò)程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)變化。
外因包括撞擊、針刺、腐蝕、高溫燃燒、人為破壞等外部因素。容量衰減失效
“標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測(cè)試時(shí)，循環(huán)次數(shù)達(dá)到500次時(shí)放電容量應(yīng)不低于初始容量的90%?；蛘哐h(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%”，若在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)范圍內(nèi)，容量出現(xiàn)急劇下滑現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。
電池容量衰減失效的根源在于材料的失效，同時(shí)與電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀(guān)因素有緊密聯(lián)系。從材料角度看，造成失效的原因主要有正極材料的結(jié)構(gòu)失效、負(fù)極表面SEI過(guò)渡生長(zhǎng)、電解液分解與變質(zhì)、集流體腐蝕、體系微量雜質(zhì)等。
正極材料的結(jié)構(gòu)失效：正極材料結(jié)構(gòu)失效包括正極材料顆粒破碎、不可逆相轉(zhuǎn)變、材料無(wú)序化等。LiMn2O4在充放電過(guò)程中會(huì)因Jahn-Teller效應(yīng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，甚至?xí)l(fā)生顆粒破碎，造成顆粒之間的電接觸失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生“四方晶系-立方晶系”相轉(zhuǎn)變，LiCoO2材料在充放電過(guò)程中由于Li的過(guò)渡脫出會(huì)導(dǎo)致Co進(jìn)入Li層，造成層狀結(jié)構(gòu)混亂化，制約其容量發(fā)揮。
負(fù)極材料失效：石墨電極的失效主要發(fā)生在石墨表面，石墨表面與電解液反應(yīng)，生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)界面相（SEI），如果過(guò)度生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部體系中鋰離子含量降低，結(jié)果就是導(dǎo)致容量衰減。硅類(lèi)負(fù)極材料的失效主要在于其巨大的體積膨脹導(dǎo)致的循環(huán)性能問(wèn)題。
電解液失效：LiPF6穩(wěn)定性差，容易分解使電解液中可遷移Li+含量降低。它還容易和電解液中的痕量水反應(yīng)生成HF，造成電池內(nèi)部被腐蝕。氣密性不好引起電解液變質(zhì)，電解液黏度和色度都發(fā)生變化，最終導(dǎo)致傳輸離子性能急劇下滑。
集流體的失效：集流體腐蝕、集流體附著力下降。上述電解液失效生成的HF會(huì)對(duì)集流體造成腐蝕，生成導(dǎo)電性差的化合物，導(dǎo)致歐姆接觸增大或活性物質(zhì)失效。充放電過(guò)程中Cu箔在低電位下被溶解后，沉積在正極表面，這就是所謂的“析銅”。集流體失效常見(jiàn)的形式是集流體與活性物之間的結(jié)合力不夠?qū)е禄钚晕镔|(zhì)剝離，不能為電池提供容量。
內(nèi)阻增大
鋰電池內(nèi)阻增大會(huì)伴隨有能量密度下降、電壓和功率下降、電池產(chǎn)熱等失效問(wèn)題。導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)阻增大的主要因素分為電池關(guān)鍵材料和電池使用環(huán)境。
電池關(guān)鍵材料：正極材料的微裂紋與破碎、負(fù)極材料的破壞與表面SEI過(guò)厚、電解液老化、活性物質(zhì)與集流體脫離、活性物質(zhì)與導(dǎo)電添加劑的接觸變差（包括導(dǎo)電添加劑的流失）、隔膜縮孔堵塞、電池極耳焊接異常等。
電池使用環(huán)境：環(huán)境溫度過(guò)高/低、過(guò)充過(guò)放、高倍率充放、制造工藝和電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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。
銅/鋁集流體之間的短路：電池生產(chǎn)或使用過(guò)程中未修剪的金屬異物穿刺隔膜或電極、電池封裝中極片或極耳發(fā)生位移引起正、負(fù)集流體接觸引起的。
隔膜失效引起的短路：隔膜老化、隔膜塌縮、隔膜腐蝕等會(huì)導(dǎo)致隔膜失效，失效隔膜失去電子絕緣性或空隙變大使正、負(fù)極微接觸，然后出現(xiàn)局部發(fā)熱嚴(yán)重，繼續(xù)充放電會(huì)向四周擴(kuò)散，導(dǎo)致熱失控。
雜質(zhì)導(dǎo)致短路：正極漿料中過(guò)渡金屬雜質(zhì)未除干凈會(huì)導(dǎo)致刺穿隔膜或促使負(fù)極鋰枝晶生成導(dǎo)致內(nèi)短路。
鋰枝晶引起的短路：長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中局部電荷不均勻的地方會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶，枝晶透過(guò)隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路。
