失效原因

 

鋰電池失效的原因能夠分為內(nèi)因和外因。

 

內(nèi)因首要指的是失效的物理、化學(xué)變化實(shí)質(zhì)，研討標(biāo)準(zhǔn)能夠追溯到原子、分子標(biāo)準(zhǔn)，研討失效進(jìn)程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)變化。

 

外因包含碰擊、針刺、腐蝕、高溫焚燒、人為破壞等外部要素。

 

常見(jiàn)失效體現(xiàn)及其失效機(jī)理分析

 

（1）容量衰減

 

容量衰減首要分可逆容量衰減和不行逆容量衰減兩類。可逆容量衰減能夠經(jīng)過(guò)調(diào)整電池充放電準(zhǔn)則和改善電池運(yùn)用環(huán)境等辦法使丟失的容量恢復(fù)；而不行逆容量衰減是電池內(nèi)部發(fā)作不行逆的改動(dòng)產(chǎn)生了不行恢復(fù)的容量丟失。電池容量衰減失效的本源在于資料的失效，一起與電池制作工藝、電池運(yùn)用環(huán)境等客觀要素有緊密聯(lián)系。從資料視點(diǎn)看，形成失效的原因首要有正極資料的結(jié)構(gòu)失效、負(fù)極外表SEI過(guò)渡成長(zhǎng)、電解液分解與蛻變、集流體腐蝕、體系微量雜質(zhì)等。

 

（2）內(nèi)阻增大

 

鋰離子電池的內(nèi)阻與電池體系內(nèi)部電子傳輸和離子傳輸進(jìn)程有關(guān)，首要分為歐姆電阻和極化內(nèi)阻，其間極化內(nèi)阻首要由電化學(xué)極化導(dǎo)致，存在電化學(xué)極化和濃差極化兩種。導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)阻增大的首要要素分為電池關(guān)鍵資料和電池運(yùn)用環(huán)境。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)闕永春等利用同步輻射技術(shù)提出過(guò)渡元素的跳動(dòng)機(jī)理是電勢(shì)滯后和電壓衰減的原因，說(shuō)明晰在電池體系內(nèi)部，關(guān)鍵資料的反常是內(nèi)阻增大和電池極化的底子影響要素。

 

（3）內(nèi)短路

 

短路的體現(xiàn)可分為：①銅/鋁集流體之間的短路；②隔閡失效失掉電子絕緣性或空隙變大使正、負(fù)極微觸摸，呈現(xiàn)部分發(fā)熱嚴(yán)峻，再進(jìn)一步充放電進(jìn)程中，或許向四周擴(kuò)散，形成熱失控；③正極漿料中過(guò)渡金屬雜質(zhì)未去除干凈，刺穿隔閡、或促進(jìn)負(fù)極鋰枝晶生成導(dǎo)致內(nèi)短路；④鋰枝晶導(dǎo)致內(nèi)短路的發(fā)作。此外，在電池規(guī)劃制作或電池組組裝進(jìn)程上，不合理的規(guī)劃和部分壓力過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)短路。電池過(guò)充和過(guò)放，也會(huì)呈現(xiàn)內(nèi)短路，首要是因?yàn)槠溟g集流體腐蝕，在電極外表呈現(xiàn)沉積現(xiàn)象，嚴(yán)峻的情況會(huì)經(jīng)過(guò)隔閡連通正負(fù)極。

 

過(guò)放誘導(dǎo)下呈現(xiàn)的內(nèi)短路

 

（4）產(chǎn)氣

 

鋰離子電池產(chǎn)氣首要分為正常產(chǎn)氣與反常產(chǎn)氣。在電池化成工藝進(jìn)程中消耗電解液形成安穩(wěn)SEI膜所發(fā)作的產(chǎn)氣現(xiàn)象為正常產(chǎn)氣。化成階段產(chǎn)氣首要為由酯類單/雙電子反響產(chǎn)生H2、CO2、C2H2等。反常產(chǎn)氣首要是只在電池循環(huán)進(jìn)程中，過(guò)渡消耗電解液釋放氣體或正極資料釋氧等現(xiàn)象，常呈現(xiàn)在軟包電池中，形成電池內(nèi)部壓力過(guò)大而變形、撐破封裝鋁膜、內(nèi)部電芯觸摸問(wèn)題等。

 

（5）熱失控

 

熱失控是指鋰離子電池內(nèi)部部分或全體的溫度急速上升，熱量不能及時(shí)散去，很多積聚在內(nèi)部，并誘發(fā)進(jìn)一步的副反響。為了避免鋰離子電池因熱失控形成嚴(yán)峻的安全問(wèn)題，常選用PTC、安全閥、導(dǎo)熱膜等辦法，一起在電池的規(guī)劃、電池制作進(jìn)程、電池辦理體系、電池運(yùn)用環(huán)境等方面都需求進(jìn)行體系性的考慮。

 

 

(6)析鋰

 

析鋰是一種比較常見(jiàn)的鋰離子電池老化失效現(xiàn)象。體現(xiàn)形式首要是負(fù)極極片外表呈現(xiàn)一層灰色、灰白色或許灰藍(lán)色物質(zhì)，這些物質(zhì)是在負(fù)極外表析出的金屬鋰。清華大學(xué)張強(qiáng)等指出影響枝晶成長(zhǎng)的首要要素為電流密度、溫度和電量，經(jīng)過(guò)加入電解液添加劑、人工SEI、高鹽濃度電解液、結(jié)構(gòu)化負(fù)極、優(yōu)化電池構(gòu)型規(guī)劃等辦法來(lái)抑制枝晶的成長(zhǎng)。

 

失效電池常見(jiàn)析鋰現(xiàn)象

 

鋰離子電池應(yīng)用范疇非常廣泛，小至手機(jī)電腦等移動(dòng)終端，大到電動(dòng)公交和大規(guī)模儲(chǔ)能。自從國(guó)內(nèi)外發(fā)作的多起手機(jī)電動(dòng)汽車的起火爆炸事端后，可靠性安全性與其性能相同重要。中國(guó)失效分析已在機(jī)械范疇和航空范疇得到體系性的展開(kāi)，而在鋰電池范疇還未得到體系的研討，仍面臨很多問(wèn)題。電池企業(yè)及資料企業(yè)各自展開(kāi)鋰離子電池失效分析的研討，但多偏重于電池制作工藝和資料的研發(fā)制備，以進(jìn)步電池性能、降低電池成本為直接目標(biāo)。未來(lái)研討院所與相關(guān)企業(yè)可加強(qiáng)合作交流，力求建立與完善的鋰離子電池失效毛病樹(shù)和失效分析流程。