鋰電池為什么會(huì)失效？是否會(huì)引起鋰電池起火爆炸呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 17:29
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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。
鋰電池失效的內(nèi)部情況
鋰電池常見的失效表現(xiàn)及其失效機(jī)理分析
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%。或者循環(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、材料無序化等。LiMn2O4在充放電過程中會(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材料在充放電過程中由于Li的過渡脫出會(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)性能問題。在鋰電池生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中，發(fā)現(xiàn)電池性能衰減或使用性能異常，這就是鋰電池失效。單一電池失效之后會(huì)影響整個(gè)電池組的性能和可靠性，甚至?xí)l(fā)起火、爆炸等安全問題。
鋰電池失效的原因？
內(nèi)因：電池本身發(fā)生化學(xué)變化，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，研究失效過程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)變化。
外因：電池外部物理原因?qū)е落囯姵厥В饕ㄗ矒?、針刺、人為破壞等外部因素，通過物理方式導(dǎo)致鋰電池失效。
鋰電池常見的失效表現(xiàn)？
1
容量衰減失效
若在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)范圍內(nèi)，循環(huán)次數(shù)無法滿足達(dá)到500次時(shí)放電容量應(yīng)不低于初始容量的90%，或者循環(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%的現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。這主要是由材料的失效、電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有關(guān)。
2
內(nèi)短路
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，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。
3
內(nèi)阻增大
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)生的主要因素是電池關(guān)鍵材料，此外還與電池使用環(huán)境有關(guān)。
4
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，但是過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現(xiàn)象屬于異常放氣。常出現(xiàn)在軟包電池中，會(huì)造成電池內(nèi)部壓力過大而變形、撐破封裝鋁膜、內(nèi)部電芯接觸問題等。
5
熱失控
鋰電池?zé)崾Э厥侵鸽姵貎?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)。誘發(fā)鋰電池?zé)崾Э氐囊蛩貫榉钦＿\(yùn)行條件，即濫用、短路、倍率過高、高溫、擠壓以及針刺等。
6
析 鋰
析鋰即在電池的負(fù)極表面析出金屬鋰，是一種常見的鋰電池老化失效現(xiàn)象。析鋰會(huì)使電池內(nèi)部活性鋰離子減少，出現(xiàn)容量衰竭，而且會(huì)形成枝晶刺穿隔膜，就會(huì)導(dǎo)致局部電流和產(chǎn)熱過大，最終造成電池安全性問題。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。
