一文了解鋰電池失效原因

什么是鋰離子電池故障

鋰離子電池故障,是指電池功能衰減引起的一些特定的實(shí)質(zhì)性原因或使用的功能障礙,這可能攻擊在生產(chǎn),運(yùn)輸,使用任何鏈接,不僅會(huì)影響電池的功能,甚至導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等安全問題。鋰離子電池的失效按其沖擊類型可分為功能失效和安全失效。其出現(xiàn)的重要原因也分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因包括物理故障、化學(xué)變化等，外因包括高溫、撞擊、針刺、人為損傷等。接下來，我們將詳細(xì)介紹幾種常見的鋰離子電池故障，包括容量衰減故障、內(nèi)部短路、內(nèi)阻增大、熱失控等。

容量衰減失敗

一般情況下，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試時(shí)，電池容量在500次循環(huán)后不應(yīng)低于初始值的90%，在1000次循環(huán)后不應(yīng)低于初始值的80%。鋰離子電池容量衰減失效分為可逆容量衰減和不可逆容量衰減。在可逆的衰減可以調(diào)節(jié)電池充電和放電條件,提高電池的使用環(huán)境和其他方法來恢復(fù)失去的能力,不可逆轉(zhuǎn)的衰減,所以不可逆轉(zhuǎn)的變化電池內(nèi)部攻擊的攻擊不能恢復(fù)失去的能力,因此不能得救。

造成電池容量衰減的重要原因是數(shù)據(jù)失效，這與電池制造過程、運(yùn)行環(huán)境等客觀因素也有著密不可分的關(guān)系。從數(shù)據(jù)上看，容量衰減失效的原因包括正數(shù)據(jù)失效、SEI在負(fù)表面的過渡出現(xiàn)、電解液失效、收集液失效等。

在短路時(shí)

內(nèi)部短路往往會(huì)引起鋰離子電池自放電，容量衰減，部分熱損耗而引起安全事故。在電池的短路過程中，兩個(gè)電極的數(shù)據(jù)在內(nèi)部以電子方式互連，導(dǎo)致局部的高電流密度。鋰離子電池內(nèi)部短路可能是由鋰枝晶的組成或收縮沖擊引起的。長期的內(nèi)部短路會(huì)導(dǎo)致自放電和局部溫升，而局部溫升的影響是非常明顯的。由于假設(shè)溫度超過一定的閾值，電解液可能會(huì)通過放熱反應(yīng)進(jìn)行初始分解，從而導(dǎo)致熱失控，存在潛在的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。

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內(nèi)部阻力新增

鋰離子電池的內(nèi)部電阻與電子轉(zhuǎn)移和離子轉(zhuǎn)移的過程中電池,重要分為歐姆電阻和極化內(nèi)阻,這重要是由于電化學(xué)極化,電化學(xué)極化和濃差極化。當(dāng)電池內(nèi)阻增大時(shí)，能量密度降低，電壓和功率降低，電池發(fā)熱等故障問題隨之出現(xiàn)。影響其攻擊的重要因素有電池關(guān)鍵數(shù)據(jù)和電池使用環(huán)境，而關(guān)鍵數(shù)據(jù)攻擊是內(nèi)阻新增影響因素的根源。

熱失控

熱失控是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過程:溫度上升導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，這反過來又使系統(tǒng)變熱。鋰離子電池過熱失控是指電池內(nèi)部部分或全部的溫度迅速升高，熱量不能及時(shí)消散，大量積聚在內(nèi)部，并誘發(fā)進(jìn)一步的副反應(yīng)。熱失控反應(yīng)涉及鋰離子電池中的氧化鈷化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)這種化學(xué)物質(zhì)被加熱到一定的溫度時(shí)，它最初會(huì)自我加熱，然后發(fā)生火災(zāi)和爆炸。在某些情況下，有機(jī)電解質(zhì)的釋放壓力會(huì)導(dǎo)致電池破裂。假如暴露在高溫或火花中，它可能會(huì)燃燒。為了防止熱量失控的爆發(fā)，一般會(huì)選擇PTC、安全閥、導(dǎo)熱膜等方法，但更重要的是改進(jìn)電池在規(guī)劃、制造工藝、使用方法等方面。