商業(yè)化的鋰離子電池在使用或儲存過程中常出現(xiàn)某些失效現(xiàn)象，包括容量衰減、內(nèi)阻增大、倍率性能降低、產(chǎn)氣、漏液、短路、變形、熱失控、析鋰等，嚴(yán)重降低了鋰離子電池的使用性能、可靠性和安全性。這些失效現(xiàn)象是由電池內(nèi)部一系列復(fù)雜的化學(xué)和物理機(jī)制相互作用引起的。對失效現(xiàn)象的正確分析和理解對鋰離子電池性能的提升和技術(shù)改進(jìn)有著重要作用。鋰離子電池失效分析是源于電池測試分析技術(shù)，卻區(qū)別一般檢測中心的檢測分析。失效分析的測試分析是建立在實(shí)際具體案例上，對不同的失效現(xiàn)象設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)氖Р呗?，選擇合適的測試手段，高效準(zhǔn)確獲得電池失效分析原因。

 

鋰電池內(nèi)部關(guān)鍵材料涉及到的測試方法[19]。為了實(shí)現(xiàn)失效分析在實(shí)際應(yīng)用中推廣，某些不具有普適性和易推廣性的測試技術(shù)應(yīng)盡量避免，如EXAFS、ABF-STEM等。為此，將測試內(nèi)容分為必要測試和輔助測試，如表2列出了一些常用的失效分析測試分析技術(shù)。為保證鋰離子電池失效分析的準(zhǔn)確性、時(shí)效性、連貫性，中科院物理所鋰電池失效分析團(tuán)隊(duì)依托該所清潔能源實(shí)驗(yàn)室，搭建了互聯(lián)互通惰性氣氛電池測試分析平臺。一款失效的鋰離子電池可以從電池拆解、副產(chǎn)物的收集、關(guān)鍵材料的各種分析到剩余材料的封裝留存整個(gè)過程都可以在手套箱中有條不紊的進(jìn)行，避免了多次轉(zhuǎn)移使電池材料污染、變性、失效。

 

 

3. 失效分析流程的設(shè)計(jì)

對單體電池失效分析的一般途徑可概括為電池外觀檢測、電池?zé)o損檢測、電池有損檢測以及綜合分析報(bào)告四個(gè)分析階段，如圖9。每個(gè)分析階段的測試內(nèi)容和方法則根據(jù)電池的失效

表現(xiàn)進(jìn)行選擇和組合。但是為了優(yōu)化測試路徑，可將電池失效現(xiàn)象分類歸納，設(shè)計(jì)失效分析流程，如圖10所示，將不同的失效現(xiàn)象對應(yīng)不同的失效分析，這樣可以縮短分析周期。

 

 

(1)容量衰減失效分析案例

 

循環(huán)后正、負(fù)極片組裝的半電池充放電行為曲線：BoL為新鮮電池?cái)?shù)據(jù)，LR25為低倍率25℃循環(huán)，LR40為低倍率40℃循環(huán)，HR25為高倍率25℃循環(huán)，HR40為高倍率40℃循環(huán)[20]

2016年，LANG MICHAEL等[20]報(bào)道了一款純電動車專業(yè)用商業(yè)電池在不同溫度和充放電倍率下循環(huán)后的失效分析。圖11所示為電池極片的充放電行為，根據(jù)新鮮電池的相關(guān)曲線進(jìn)行對比判斷，全電池的正極材料在全電池循環(huán)過程中容量變化較大，為主要失效原因之一。