鋰離子電池在使用或儲(chǔ)存過(guò)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。

　　鋰離子電池體系復(fù)雜，涉及到了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)、組元間相互作用與反應(yīng)、表界面反應(yīng)等方面。對(duì)失效現(xiàn)象的正確分析和理解，對(duì)鋰離子電池性能的提升和技術(shù)改進(jìn)有著重要作用。本文以電池的失效現(xiàn)象為起點(diǎn)，對(duì)失效機(jī)理做一些簡(jiǎn)單的介紹。

　　鋰離子電池失效表現(xiàn)及失效機(jī)理

　　1、容量衰減

　　主要分可逆容量衰減和不可逆容量衰減兩類。可逆容量衰減可以通過(guò)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(fù);而不可逆容量衰減是電池內(nèi)部發(fā)生不可逆的改變產(chǎn)生了不可恢復(fù)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(shí)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，造成失效的原因主要有正極材料的結(jié)構(gòu)失效、負(fù)極表面SEI過(guò)度生長(zhǎng)、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(guò)程有關(guān)，主要分為歐姆電阻和極化內(nèi)阻。其中極化內(nèi)阻主要由電化學(xué)極化導(dǎo)致，存在電化學(xué)極化和濃差極化兩種。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。

　　3、內(nèi)短路

　　短路的表現(xiàn)可分為以下四種：

　　銅/鋁集流體之間的短路;

　　隔膜失效失去電子絕緣性或空隙變大使正、負(fù)極微接觸，出現(xiàn)局部發(fā)熱嚴(yán)重，再進(jìn)一步充放電過(guò)程中，可能向四周擴(kuò)散，形成熱失控;

　　正極漿料中過(guò)渡金屬雜質(zhì)未去除干凈，刺穿隔膜、或促使負(fù)極鋰枝晶生成導(dǎo)致內(nèi)短路;

　　鋰枝晶導(dǎo)致內(nèi)短路的發(fā)生。

　　此外，在電池設(shè)計(jì)制造或電池組組裝過(guò)程上，不合理的設(shè)計(jì)和局部壓力過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)短路;電池過(guò)充和過(guò)放的誘導(dǎo)下，也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)短路，主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(yán)重的情況會(huì)通過(guò)隔膜連通正負(fù)極。

　　4、產(chǎn)氣

　　鋰離子電池產(chǎn)氣主要分為正常產(chǎn)氣與異常產(chǎn)氣。在電池化成工藝過(guò)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。化成階段產(chǎn)氣主要為由酯類單/雙電子反應(yīng)產(chǎn)生了H2、CO2、C2H2等。異常產(chǎn)氣主要是只在電池循環(huán)過(guò)程中，過(guò)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(guò)大而變形、撐破封裝鋁膜、內(nèi)部電芯接觸問(wèn)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(shí)散去，大量積聚在內(nèi)部，并誘發(fā)進(jìn)一步的副反應(yīng)。

　　為了防止鋰離子電池在熱失控造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題，常采用PTC、安全閥、導(dǎo)熱膜等措施，同時(shí)在電池的設(shè)計(jì)、電池制造過(guò)程、電池管理系統(tǒng)、電池使用環(huán)境等方面都需要進(jìn)行系統(tǒng)性的考慮。

　　6、析鋰

　　析鋰是一種比較常見(jiàn)的鋰離子電池老化失效現(xiàn)象。表現(xiàn)形式主要是負(fù)極極片表面出現(xiàn)一層灰色、灰白色或者灰藍(lán)色物質(zhì)，這些物質(zhì)是在負(fù)極表面析出的金屬鋰。