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簡述鋰離子電池失效表現(xiàn)及失效機理

鉅大LARGE  |  點擊量:2409次  |  2021年02月09日  

(1)容量衰減:鋰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(diào)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(nèi)部發(fā)生不可逆的改變出現(xiàn)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(lián)系。從材料角度看,造成失效的原因重要有正極材料的結(jié)構(gòu)失效、負極表面SEI過渡生長、電解液分解與變質(zhì)、集流體腐蝕、體系微量雜質(zhì)等。


(2)內(nèi)阻增大:鋰離子電池的內(nèi)阻與電池體系內(nèi)部電子傳輸和離子傳輸過程有關(guān),重要分為歐姆電阻和極化內(nèi)阻,其中極化內(nèi)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(nèi)阻增大的重要因素分為電池關(guān)鍵材料和電池使用環(huán)境。我國科學技術(shù)大學闕永春等利用同步輻射技術(shù)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(nèi)部,關(guān)鍵材料的異常是內(nèi)阻增大和電池極化的根本影響因素。


(3)內(nèi)短路:短路的表現(xiàn)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(xiàn)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;③正極漿料中過渡金屬雜質(zhì)未去除干凈,刺穿隔膜、或促使負極鋰枝晶生成導致內(nèi)短路;④鋰枝晶導致內(nèi)短路的發(fā)生。此外,在電池設(shè)計制造或電池組組裝過程上,不合理的設(shè)計和局部壓力過大也會導致內(nèi)短路。例如由韓國媒體SBS報道SamsungNote7起火爆炸原因中指出內(nèi)部擠壓導致的正、負極接觸導致內(nèi)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(xiàn)內(nèi)短路,重要是由于其中集流體腐蝕,在電極表面出現(xiàn)沉積現(xiàn)象,嚴重的情況會通過隔膜連通正負極,如圖2所示。


(4)產(chǎn)氣:鋰離子電池產(chǎn)氣重要分為正常產(chǎn)氣與異常產(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?;呻A段產(chǎn)氣重要為由酯類單/雙電子反應出現(xiàn)了H2、CO2、C2H2等。異常產(chǎn)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(xiàn)象,常出現(xiàn)在軟包電池中,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:熱失控是指鋰離子電池內(nèi)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(nèi)部,并誘發(fā)進一步的副反應。


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