鋰離子電池在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中會因為某些特定的本質(zhì)原因?qū)е码姵匦阅芩p或使用性能異常，出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。單一電池失效后會影響整個電池組的性能和可靠性，甚至?xí)?dǎo)致電池組停止工作和其他安全問題。

鋰電池的失效分為性能失效和安全性失效，失效原因可以分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要是指物理、化學(xué)本質(zhì)的失效，研究尺度可追溯至原子、分子尺度，研究失效過程的熱力學(xué)、動力學(xué)變化等。外因包括撞擊、針刺、腐蝕、高溫燃燒、人為破壞等外部因素。

產(chǎn)氣

在電池化成工藝過程中消耗電解液形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面相膜時發(fā)生的產(chǎn)氣現(xiàn)象為正常產(chǎn)氣，但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。該現(xiàn)象常出現(xiàn)在軟包電池中，導(dǎo)致電池因內(nèi)部壓力過大而變形，內(nèi)部電芯接觸或撐破封裝鋁膜。

電解液中的痕量水分或電極活性材料未烘干會導(dǎo)致電解液中的鋰鹽分解產(chǎn)生氟化氫，腐蝕集流體鋁，破壞黏結(jié)劑，并產(chǎn)生氫氣。不合適的電壓范圍會導(dǎo)致電解液中的鏈狀/環(huán)狀酯類或醚類發(fā)生電化學(xué)分解，產(chǎn)生乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、二氧化碳等。

析鋰

析鋰是指在電池的負(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。析鋰會使電池內(nèi)部的活性鋰離子減少，容量衰竭，且會形成枝晶刺穿隔膜，導(dǎo)致局部電流和產(chǎn)熱過大，影響電池安全性。

熱失控

熱失控是指鋰離子電池內(nèi)部局部或整體溫度急速上升，熱量無法及時散去，大量積聚在內(nèi)部，從而誘發(fā)副反應(yīng)的現(xiàn)象。誘發(fā)鋰電池?zé)崾Э氐囊蛩刂饕欠钦＿\(yùn)行條件，如濫用、短路、高溫、擠壓、針刺以及倍率過高等。

內(nèi)短路

內(nèi)短路往往會引起鋰離子電池的自放電，導(dǎo)致容量衰減、局部熱失控，引起安全事故。

正極漿料中的過渡金屬雜質(zhì)未除凈時會刺穿隔膜，促使負(fù)極鋰枝晶生成，導(dǎo)致內(nèi)短路。長循環(huán)過程中，局部電荷不均勻的地方會出現(xiàn)鋰枝晶，枝晶透過隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路。

隔膜老化、塌縮、腐蝕等都會導(dǎo)致隔膜失效，失效的隔膜會失去電子絕緣性，其空隙變大使得正負(fù)極微接觸，局部發(fā)熱嚴(yán)重，繼續(xù)充放電會向四周擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控。

在電池生產(chǎn)或使用過程中，未修剪的金屬異物穿刺隔膜、電極電池封裝中的極片或極耳發(fā)生位移時引起正負(fù)極集流體接觸，導(dǎo)致銅/鋁集流體之間的短路。

電池設(shè)計制造不合理、電池組組裝過程中壓力過大，以及在電池過沖和過放的誘導(dǎo)下也會出現(xiàn)內(nèi)短路。

內(nèi)阻增大

鋰電池內(nèi)阻增大常伴隨著電池產(chǎn)熱、能量密度下降、電壓和功率下降等問題，導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)阻增大的主要因素分為電池關(guān)鍵材料和電池使用環(huán)境。

電池關(guān)鍵材料如電解液老化、隔膜縮孔堵塞、電池極耳焊接異常、活性物質(zhì)與集流體脫離、正極材料的微裂紋與破碎、負(fù)極材料的破壞與表面固態(tài)電解質(zhì)界面相過厚、活性物質(zhì)與導(dǎo)電添加劑的接觸變差等。電池使用環(huán)境如高倍率充放、過充或過放、環(huán)境溫度過高或過低、制造工藝和電池設(shè)計結(jié)構(gòu)等。

容量衰減失效

在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)范圍內(nèi)，容量出現(xiàn)急劇下滑現(xiàn)象屬于容量衰減失效。電池容量衰減失效的根本原因在于材料的失效，且與電池制造工藝、電池使用環(huán)境等客觀因素有關(guān)。

從材料角度看，造成失效的原因主要有集流體腐蝕、體系微量雜質(zhì)、電解液分解與變質(zhì)、正極材料結(jié)構(gòu)失效、負(fù)極表面固態(tài)電解質(zhì)界面相過渡生長等。

集流體腐蝕、集流體附著力下降等生成的氟化氫會腐蝕集流體，生成導(dǎo)電性差的化合物，導(dǎo)致歐姆接觸增大或活性物質(zhì)失效。充放電過程中，銅箔在低電位下被溶解后會沉積在正極表面，也就是“析銅”。集流體失效的常見形式是集流體與活性物質(zhì)之間的結(jié)合力不夠，導(dǎo)致活性物質(zhì)被剝離，不能為電池提供容量。

六氟磷酸鋰穩(wěn)定性差，易分解，使電解液中可遷移的鋰離子含量降低。其容易和電解液中的痕量水反應(yīng)生成氟化氫，腐蝕電池內(nèi)部。此外，氣密性不好也會引起電解液變質(zhì)，電解液黏度和色度發(fā)生變化，導(dǎo)致傳輸離子性能急劇下滑。

正極材料結(jié)構(gòu)失效包括正極材料顆粒破碎、材料無序化、不可逆相轉(zhuǎn)變等。錳酸鋰在充放電的過程中會因姜-泰勒變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，甚至發(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發(fā)生“四方晶系-立方晶系”相轉(zhuǎn)變，氧化鈷鋰材料在充放電過程中由于鋰的過渡脫出會導(dǎo)致鈷進(jìn)入鋰層，使層狀結(jié)構(gòu)混亂化，制約容量發(fā)揮。

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)，生成固態(tài)電解質(zhì)界面相，過度生長則會導(dǎo)致電池內(nèi)部體系中鋰離子含量降低，容量衰減。硅類負(fù)極材料失效主要是因為巨大的體積膨脹導(dǎo)致的循環(huán)性能問題。

電池及材料企業(yè)開展的失效分析研究偏重于電池制造工藝和材料的研發(fā)制備，以提高電池性能、降低電池成本為目標(biāo)，力求建立并完善鋰離子電池失效故障樹和失效分析流程。

來源：中國粉體網(wǎng)