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锂离子电池的失效分析与故障机理中国储能网讯：一、负极活性物质本文对负极材料失效机理的解析主要基于商业化的碳基材料。
虽然，新型负极材料，如硅、锡和一些氧化物，目前被广泛的研究，并取得了较大的科研进展。
然而由于在锂离子脱嵌循环过程中，这些材料容易产生较大的体积膨胀，严重影响其电化学性能。
因此，还未能在商业化电池中广泛使用。
1 SEI膜的生成与生长在商业化锂离子电池体系中，电池的容量损失部分是来自于石墨与有机电解液之间的副反应，石墨很容易与锂离子有机电解液发生电化学反应，特别是溶剂为碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）。
当锂电池在首次充电过程中（化成阶段），负极的石墨与锂离子电解液发生副反应并于石墨表面生成一层固体电解质界面（SEI）膜，这会造成一部分的不可逆容量产生。
SEI膜能够透过Li+，保证了离子的传输，同时保护了活性物质，防止副反应的进一步发生，维持电池活性物质工作的稳定性。
但是，在电池后续的循环过程中，由于电极材料的不断膨胀与收缩导致新的活性位点暴露出来，这会引起一种连续性的损耗失效机制，即电池的容量不断下降。
这种失效机理可归结于电极表面的电化学还原过程，表现为SEI膜厚度的不断增加。
因此，对SEI膜化学组份及形貌的研究能够更深入的了解锂离子电池容量和功率下降的原因。
近年来，研究者们尝试通过对小型电池体系的拆解实验来研究SEI 膜的性质。
电池的拆解过程需要在无水无氧的惰性气体手套箱中进行（<5 ppm）。
电池拆解后，可以通过核磁共振技术（NMR）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），原子力显微镜（AFM），X射线吸收光谱（XAF），以及红外（FTIR）和拉曼（Raman）光谱等测试手段研究SEI膜的厚度、形貌、组成、生长过程及机理等。
尽管许多测试手段已被用于表征SEI膜，但是利用更加先进且直接的方式来表征SEI膜在电池中生长的实际模型，仍然是迫切需求的。
功能要求潜在的失效模式
潜在的失效后果
极片漏箔
容量低厚度偏厚
电芯直径偏大，难入壳制程水分控制差
极片掉料，低电压导电剂用量少
内阻大，循环性能差，平台低面密度偏大
正负极容量不匹配，循环性能差压实密度大
极片断裂，容量低，低电压极片长
电芯直径偏大，难入壳，负极包不住正极极片短
容量低极片漏箔
存在严重安全隐患厚度偏厚
电芯直径偏大，难入壳制程水分控制差
极片掉料，严重影响循环性能导电剂用量少
内阻大，循环性能差，平台低面密度偏大
造成电解液量相对偏少，影响循环性能面密度偏小
正负极容量不匹配，循环及安全性能差压实密度大
容量低极片长
电芯直径偏大，难入壳极片短
负极包不住正极，存在严重安全隐患负极与正极片错位
负极包不住正极，存在严重安全隐患横向收缩率大
安全可靠性差，热冲击测试爆炸纵向收缩率大
安全可靠性差，热冲击测试爆炸厚度偏厚电芯偏厚，难入壳宽度偏窄
短路爆炸孔隙率偏小
内阻大水含量高
化成时电池内压大，盖帽反转，电池报废；循环型性能差电导率小于9ms/cm 内阻大，平台低过充性能差
过充4.8V 爆炸用量偏少
内阻大，平台低，成品电池循环衰减快滚槽及封口后钢壳变形正负极短路致电池爆炸封口尺寸不到位
密封差钢壳表面残留电解液及水分钢壳生锈
封口处残存电解液
爬液致封口处钢壳严重生锈温度高于25℃
分容容量偏高温度低于25℃分容容量偏低锂离子电池失效模式分析表
外壳用于保护极组，容纳极组和电解液分容负极片匹配正极容量隔膜把正负极搁开，只让锂离子通过
电解液用于承载锂离子，起导电作用正极片保证电池容量。
怎样探究锂离子电池失效的原因锂离子电池的应用越来越广泛，要求广大锂离子电池生产企业的生产工艺不仅要能保证锂离子电池具有良好的电性能和安全性能，同时也要有较好的机械性能，从而使锂离子电池更好地适用于各种日常的环境。
有些锂电池会出现失效的状况，如何找到出现这些状况的原因？锂离子电池18650锂电池1取四块电池样品进行实验，通过实验我们得知，导致电池在振动试验后电压降为0V，低于标准规定值，暂时性失效或永久性失效的原因主要有以下几点。
2电池暂时性失效的原因样品1的电池在与检测系统通讯的状态下进行充放电时，会通过一定的频率接收数据信息。
而振动实验中所使用的频率就可能会对电池接收数据信息产生频率干涉，使得内部芯片组内的数据出错，特别是在BMU内部温度和关联的Table(表)受到温度异常的影响时，引起保护线路动作。
目前已有相关报道证实了这一点。
在此种温度值已经发生异常的情况下，可以通过修复相关参数恢复电池的充放电功能。
样品2是由于电池在振动试验中，电池的IC进入睡眠模式，使得电池无法正常输出电压。
之后，通过对电池施加一个适当的外源激活IC，电池又能恢复正常的充放电功能。
3电池的永久性失效的原因样品3和样品4的失效电池无法通过数据修复或外源激活的方法恢复其正常的充放电功能，因此将其拆解后作了进一步研究。
通过拆解样品3的失效电池，发现该电池在组装过程中存在点胶不牢固或虚焊问题，造成内部组件在振动或冲击试验中发生松动，使得电池内部通讯中断，无法正常向外输出电压，导致电池永久性损坏。
4后来企业通过改进工艺，重新送样检测，通过了锂离子电池航空运输条件UN38.3的测试。
通过拆解样品4的失效电池，发现电池在经受比较高频率振动的过程中，电池内部的防电池干扰的垫材会分散移动，使其导电性显著降低，从而产生比较大的静电使得电池保险丝熔断，导致电池无法向外正常输出电压。
5因为导电颗粒的防止静电效果的好坏取决于颗粒的形状和表面结构，不规则和表面粗糙的颗粒的抗静电能力强，在比较高的频率振动的过程中颗粒间若能保持良好的接触，相互导电起到抗静电作用。
锂电失效分析报告概述本文档对锂电池失效的原因和分析方法进行了详细描述，并提供了一些解决方案和预防措施，帮助读者更好地理解和应对锂电池失效问题。
1. 引言随着移动设备的普及和电动车的广泛应用，锂电池已成为一种主要的电源解决方案。
然而，由于各种因素的影响，锂电池的失效问题频繁出现。
本报告旨在通过分析锂电池的失效原因，并提供一些解决方案和预防措施，以帮助读者更好地了解和解决锂电池失效问题。
2. 锂电池失效的原因锂电池失效可能由多种因素造成，下面是一些常见的原因：2.1 过充或过放锂电池在充电或放电过程中，如果超过其设计容量的限制，就会出现过充或过放现象。
过充或过放会导致电池内部材料结构破坏或电化学反应过程异常，从而引起电池失效。
2.2 温度过高高温是锂电池失效的常见原因之一。
高温环境会造成电池内部材料迅速老化、电解液蒸发、电化学反应加剧等问题，最终导致电池容量下降甚至损坏。
2.3 短路短路是指电池正负极之间或正负极与外部导体之间出现低阻的连接。
短路会导致大电流通过电池，引起电池内部材料热失控，甚至引起电池爆炸。
2.4 机械损伤抗震性能较差或容易受到外界物理力的锂电池容易发生机械损伤，如挤压、撞击、弯曲等。
机械损伤会导致电池内部材料断裂、电极短路等问题，使电池失效。
3. 锂电池失效的分析方法如何分析锂电池失效的原因是解决问题的关键。
以下是常见的锂电池失效分析方法：3.1 观察外观通过观察锂电池外观，可以判断是否存在机械损伤、变形、渗漏等问题。
3.2 电性能测试通过对锂电池的电性能参数进行测试，如容量、内阻、充放电效率等，可以判断锂电池的健康状况和是否存在失效问题。
3.3 微观结构分析通过对失效锂电池的微观结构进行分析，如扫描电子显微镜、能谱分析等，可以判断失效原因是否为内部材料破坏、电解液异常等。
3.4 热分析通过热分析仪器对失效锂电池进行热分析，如热失控温度、热失控速率等参数，可以判断是否存在过充、过放、温度过高等问题。
锂电池基础知识讲解理想的锂离子电池，除了锂离子在正负极之间嵌入和脱出外，不发生其他副反应，不出现锂离子的不可逆消耗。
实际的锂离子电池，每时每刻都有副反应存在，也有不可逆的消耗，如电解液分解，活性物质溶解，金属锂沉积等，只不过程度不同而己。
实际电池系统，每次循环中，任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应，都可能导致电池容量平衡的改变。
一旦电池的容量平衡发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池性能产生严重影响。
⑴正极材料的溶解尖晶石LiMn2O4中Mn的溶解是引起LiMn2O4可逆容量衰减的主要原因，对于Mn的溶解机理，一般有两种解释：氧化还原机制和离子交换机制。
氧化还原机制是指放电末期Mn3+的浓度高，在LiMn2O4表面的Mn+会发生歧化反应:2Mn3+（固）Mn4+（固）+Mn2+（液）歧化反应生成的二价锰离子溶于电解液。
离子交换机制是指Li+和H+在尖晶石表面进行交换，最终形成没有电化学活性的HMn2O4。
Xia等的研究表明，锰的溶解所引起的容量损失占整个电池容量损失的比例随着温度的升高而明显增大（由常温下的23%增大到55℃时的34%）[14]。
⑵正极材料的相变化[15]锂离子电池中的相变有两类：一是锂离子正常脱嵌时电极材料发生的相变；二是过充电或过放电时电极材料发生的相变。
对于第一类相变，一般认为锂离子的正常脱嵌反应总是伴随着宿主结构摩尔体积的变化，同时在材料内部产生应力，从而引起宿主晶格发生变化，这些变化减少了颗粒间以及颗粒与电极间的电化学接触。
第二类相变是Jahn-Teller效应。
Jahn-Teller效应是指由于锂离子的反复嵌入与脱嵌引起结构的膨胀与收缩，导致氧八面体偏离球对称性并成为变形的八面体构型。
由于Jahn-Teller效应所导致的尖晶石结构不可逆转变，也是LiMn2O4容量衰减的主要原因之一。
在深度放电时，Mn的平均化合价低于3.5V，尖晶石的结构由立方晶相向四方晶相转变。
锂电池安全问题及失效分析摘要：在日常的使用当中，锂电池比较容易发生火灾爆炸等事故，之所以产生这样的危险事故，其本质原因是锂电池的有机材料所致。
电池在使用和储存的过程当中均有可能发生起火爆炸的事故，另外还会出现容量衰减、内阻增大、产气、漏液等异常情况，这些情况大大的降低了锂电池的使用性能，同时锂电池的可靠性与安全性也会受到严重的影响，通过对锂电池失效原因开展深入探究对未来锂电池性能的提升和相关技术的发展有着极为重要的意义。
关键词：建筑装饰；新技术；新工艺；施工分析1锂电池失效产生途径1.1内部短路在日常的锂离子电池使用当中，内部短路问题是其安全问题中一项极为重要的威胁，当前在大多数的锂电池安全问题当中，内部短路问题占比极高。
内部短路问题产生的原因是由于电池内部正负极发生点短路所致，当锂电池的正负极之间发生短路时，在短路点会产生热量，因为隔膜的材料特性，当温度升高后隔膜熔融，短路面积持续扩大，最终造成大面积短路，电池的电压骤降而温度迅速上升，从而诱发起火甚至爆炸。
由于短路对安全的影响极其重要，在整个电池的生产制造过程中都会严格控制金属颗粒和粉尘，降低短路的可能性。
1.2电路故障为了做好锂离子电池的相关保护，在电池的宿主设备或者适配器设置中会有充放电管理电路存在，甚至在部分的设备中还会有放电的负载电路。
为了对锂离子电池做好相应的保护，在电池的PACK封装过程当中，厂家还会在相应的设备当中加入保护电路板，但这些电路的存在会使得电池组以及外部极有可能在使用过程当中出现使用故障，常见的故障中包含有过充、过放、外部短路等情况，这些情况在一定情况下可能会使得电池发生过热、爆炸等类型的危险事件。
电池发生在过充后在内部会产生剧烈的化学反应，在一系列的反应发生的同时会伴随有大量的热产生，热量的聚集会导致隔膜失效，从而使得电池内部发生热失控。
过放会使电池的电压出于低于规定的放电截止电压，在低电压情况下，电解液会进一步分解进而形成大量的气体，内压突增，从而使电池外壳膨胀，最终导致漏液情况的发生。
锂电池常见异常已原因分析锂电池常见异常及原因分析锂电池是一种常用的电池类型，具有容量大、重量轻、充电效率高等优点。
然而，锂电池在使用过程中也会出现一些异常情况，如容量下降、短路、过放、过充等。
以下将对锂电池常见异常进行分析，并解释其原因。
1. 容量下降：锂电池的容量下降是指电池在使用一段时间后，其储存的电荷量逐渐减少。
这可能是由于电池老化、内阻增加、正负极材料损耗等造成的。
锂电池内部的化学反应过程会导致电势衰减，从而减小电池的可用电量。
2. 短路：短路是指电池的正负极之间出现直接连接，导致电流过大、电池发热、甚至爆炸。
短路可能是由电池外部金属导体接触引起的，也可能是电池内部隔膜破裂导致的。
短路会导致锂电池失去控制，释放出大量能量，对人身安全造成威胁。
3. 过放：过放是指使用过程中将电池放电至低于安全允许电压的情况。
过放会导致锂电池的正负极材料产生结构性破坏，电池容量急剧下降甚至无法再充电。
过度放电会导致正极材料中的锂离子脱嵌过度，结构发生变化，导致电池内部化学反应失去平衡。
4. 过充：过充是指将电池充电至高于安全允许电压的情况。
过充会导致电池内部腐蚀，甚至引发严重事故，如燃烧、爆炸等。
过度充电会导致正极材料中的锂离子嵌入过度，结构发生变化，导致电池内部化学反应失去平衡。
5. 内阻增加：电池的内阻指的是电池内部的电流传递阻力。
电池内部的化学反应过程以及电池材料的老化都会增加电池的内阻。
内阻增加会导致电池放电过程中能量损失加大，使得电池容量下降。
6. 温度异常：锂电池在充放电过程中会产生热量，但如果温度过高，就很容易引发火灾或爆炸。
温度异常可能是由于充放电过程中电池内部的反应放热过多，或者电池外部环境温度过高等原因引起的。
综上所述，锂电池常见异常的原因主要是锂电池的化学反应过程中产生的结构性破损、化学反应失去平衡等。
同时，不当的使用和充放电操作也会导致锂电池异常。
为了保证锂电池的安全使用，我们需要正确使用锂电池，避免过放、过充和短路的情况发生，并要注意控制电池的使用温度，确保电池的正常工作。
