1.鋰離子電池失效表現及失效機理

 

 

 

(1)容量衰減：離子電池的容量衰減重要分可逆容量衰減和不可逆容量衰減兩類?？赡嫒萘克p可以通過調整電池充放電制度和改善電池使用環(huán)境等措施使損失的容量恢復；而不可逆容量衰減是電池內部發(fā)生不可逆的改變出現了不可恢復的容量損失。電池容量衰減失效的根源在于材料的失效，同時與電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有緊密聯系。從材料角度看，造成失效的原因重要有正極材料的結構失效、負極表面SEI過渡生長、電解液分解與變質、集流體腐蝕、體系微量雜質等[2]。

 

 

 

(2)內阻增大：鋰離子電池的內阻與電池體系內部電子傳輸和離子傳輸過程有關，重要分為歐姆電阻和極化內阻，其中極化內阻重要由電化學極化導致，存在電化學極化和濃差極化兩種。導致鋰離子電池內阻增大的重要因素分為電池關鍵材料和電池使用環(huán)境。我國科學技術大學闕永春等[3]利用同步輻射技術提出過渡元素的跳躍機理是電勢滯后和電壓衰減的原因:說明了在電池體系內部，關鍵材料的異常是內阻增大和電池極化的根本影響因素。

 

 

 

(3)內短路：短路的表現可分為：①銅/鋁集流體之間的短路；②隔膜失效失去電子絕緣性或空隙變大使正、負極微接觸，出現局部發(fā)熱嚴重，再進一步充放電過程中，可能向四周擴散，形成熱失控[4]；③正極漿料中過渡金屬雜質未去除干凈，刺穿隔膜、或促使負極鋰枝晶生成導致內短路；④鋰枝晶導致內短路的發(fā)生[5-7]。此外，在電池設計制造或電池組組裝過程上，不合理的設計和局部壓力過大也會導致內短路。例如由韓國媒體SBS報道SamsungNote7起火爆炸原因中指出內部擠壓導致的正、負極接觸導致內短路，進而引起電池的熱失控。電池過充和過放的誘導下，也會出現內短路，重要是由于其中集流體腐蝕，在電極表面出現沉積現象，嚴重的情況會通過隔膜連通正負極[8]，如圖2所示。

 

 

 

(4)產氣：鋰離子電池產氣重要分為正常產氣與異常產氣[9]。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)生的產氣現象為正常產氣?；呻A段產氣重要為由酯類單/雙電子反應出現了H2、CO2、C2H2等[10-11]。異常產氣重要是只在電池循環(huán)過程中，過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現象，常出現在軟包電池中，造成電池內部壓力過大而變形、撐破封裝鋁膜、內部電芯接觸問題等。

 

 

 

(5)熱失控：熱失控是指鋰離子電池內部局部或整體的溫度急速上升熱量不能及時散去，大量積聚在內部，并誘發(fā)進一步的副反應[12-14]。表1列出了鋰離子電池內部常見的熱行為。為了防止鋰離子電池在熱失控造成嚴重的安全問題，常采用PTC、安全閥、導熱膜等措施，同時在電池的設計、電池制造過程、電池管理系統、電池使用環(huán)境等方面都要進行系統性的考慮[15-17]。

 

 

 

(6)析鋰：析鋰是一種比較常見的鋰離子電池老化失效現象。表現形式重要是負極極片表面出現一層灰色、灰白色或者灰藍色物質，這些物質是在負極表面析出的金屬鋰。圖3是常見的析鋰現象。圖4從兩方面分析了電池出現析鋰現象的原因，并將析鋰的出現與電芯制造工藝、電池使用環(huán)境(包括充放電制度和充放電環(huán)境)等因素結合分析。清華大學張強等[18]指出影響枝晶生長的重要因素為電流密度、溫度和電量，通過加入電解液添加劑、人造SEI、高鹽濃度電解液、結構化負極、優(yōu)化電池構型設計等措施來抑制枝晶的生長。