容量衰減失效

        一般在進行標準循環(huán)壽命測試時,在循環(huán)次數(shù)達到500次后,電池容量不應低于初始值的90%,達到1000次后,不應低于初始值的80%,如容量不符合該標準出現(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)境等方法恢復損失的容量,不可逆衰減因為是電池內(nèi)部發(fā)生了不可逆的變化產(chǎn)生了無法恢復的容量損失,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。長時間的內(nèi)部短路會導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,因為如果溫度超出某一閾值,電解質(zhì)可能通過放熱反應開始分解,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)阻主要由電化學極化引發(fā),又分為電化學極化和濃差極化。當電池內(nèi)阻增大時,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”是一個能量正反饋循環(huán)過程:升高的溫度會導致系統(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。鋰電池熱失控則是指電池內(nèi)部局部或整體的溫度急速上升熱量不能及時散去,大量積聚在內(nèi)部,并誘發(fā)進一步的副反應。參與“熱失控”反應的是鋰電池中的氧化鈷化學物。加熱這種化學物達到一定溫度,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,這種有機電解液釋放壓力會導致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下,或者是遇到火花,它也有可能會燃燒。為了防止熱失控現(xiàn)象的發(fā)生,一般會采用PTC、安全閥、導熱膜等措施,但更重要的是完善電池在設計、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,預化成過程中會產(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,電子由外電路到達負極后會與負極表面的電解液發(fā)生氧化還原反應,生成氣體。

 

析鋰

        鋰離子電池在充電過程中,鋰離子會從正極脫嵌并嵌入負極,但當發(fā)生異常情況造成從正極脫嵌的鋰離子無法嵌入負極的話,鋰離子就只能析出在負極表面,形成一層灰色的物質(zhì),這就是析鋰。析鋰的原因有很多種,包括負極余量不夠、正負極涂面不均勻、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)化負極、優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)來抑制析鋰失效的產(chǎn)生。