埃尔派知识课堂：导致锂电池失效的因素有哪些

锂离子电池在生产、运输、使用过程中会因为某些特定的本质原因导致电池性能衰减或使用性能异常，出现失效的现象。单一电池失效后会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至会导致电池组停止工作和其他安全问题。

锂电池的失效分为性能失效和安全性失效，失效原因可以分为内因和外因。内因主要是指物理、化学本质的失效，研究尺度可追溯至原子、分子尺度，研究失效过程的热力学、动力学变化等。外因包括撞击、针刺、腐蚀、高温燃烧、人为破坏等外部因素。

产气

在电池化成工艺过程中消耗电解液形成稳定的固态电解质界面相膜时发生的产气现象为正常产气，但过渡消耗电解液释放气体或正极材料释氧等现象属于异常放气。该现象常出现在软包电池中，导致电池因内部压力过大而变形，内部电芯接触或撑破封装铝膜。

电解液中的痕量水分或电极活性材料未烘干会导致电解液中的锂盐分解产生氟化氢，腐蚀集流体铝，破坏黏结剂，并产生氢气。不合适的电压范围会导致电解液中的链状/环状酯类或醚类发生电化学分解，产生乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、二氧化碳等。

析锂

析锂是指在电池的负极表面析出金属锂，是一种常见的锂电池老化失效现象。析锂会使电池内部的活性锂离子减少，容量衰竭，且会形成枝晶刺穿隔膜，导致局部电流和产热过大，影响电池安全性。

热失控

热失控是指锂离子电池内部局部或整体温度急速上升，热量无法及时散去，大量积聚在内部，从而诱发副反应的现象。诱发锂电池热失控的因素主要是非正常运行条件，如滥用、短路、高温、挤压、针刺以及倍率过高等。

内短路

内短路往往会引起锂离子电池的自放电，导致容量衰减、局部热失控，引起安全事故。

正极浆料中的过渡金属杂质未除净时会刺穿隔膜，促使负极锂枝晶生成，导致内短路。长循环过程中，局部电荷不均匀的地方会出现锂枝晶，枝晶透过隔膜导致内短路。

隔膜老化、塌缩、腐蚀等都会导致隔膜失效，失效的隔膜会失去电子绝缘性，其空隙变大使得正负极微接触，局部发热严重，继续充放电会向四周扩散，进而导致热失控。

在电池生产或使用过程中，未修剪的金属异物穿刺隔膜、电极电池封装中的极片或极耳发生位移时引起正负极集流体接触，导致铜/铝集流体之间的短路。

电池设计制造不合理、电池组组装过程中压力过大，以及在电池过冲和过放的诱导下也会出现内短路。

内阻增大

锂电池内阻增大常伴随着电池产热、能量密度下降、电压和功率下降等问题，导致锂离子电池内阻增大的主要因素分为电池关键材料和电池使用环境。

电池关键材料如电解液老化、隔膜缩孔堵塞、电池极耳焊接异常、活性物质与集流体脱离、正极材料的微裂纹与破碎、负极材料的破坏与表面固态电解质界面相过厚、活性物质与导电添加剂的接触变差等。电池使用环境如高倍率充放、过充或过放、环境温度过高或过低、制造工艺和电池设计结构等。

容量衰减失效

在标准循环范围内，容量出现急剧下滑现象属于容量衰减失效。电池容量衰减失效的根本原因在于材料的失效，且与电池制造工艺、电池使用环境等客观因素有关。

从材料角度看，造成失效的原因主要有集流体腐蚀、体系微量杂质、电解液分解与变质、正极材料结构失效、负极表面固态电解质界面相过渡生长等。

集流体腐蚀、集流体附着力下降等生成的氟化氢会腐蚀集流体，生成导电性差的化合物，导致欧姆接触增大或活性物质失效。充放电过程中，铜箔在低电位下被溶解后会沉积在正极表面，也就是“析铜”。集流体失效的常见形式是集流体与活性物质之间的结合力不够，导致活性物质被剥离，不能为电池提供容量。

六氟磷酸锂稳定性差，易分解，使电解液中可迁移的锂离子含量降低。其容易和电解液中的痕量水反应生成氟化氢，腐蚀电池内部。此外，气密性不好也会引起电解液变质，电解液黏度和色度发生变化，导致传输离子性能急剧下滑。

正极材料结构失效包括正极材料颗粒破碎、材料无序化、不可逆相转变等。锰酸锂在充放电的过程中会因姜-泰勒变形导致结构发生畸变，甚至发生颗粒破碎，造成颗粒之间的电接触失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放电过程中会发生“四方晶系-立方晶系”相转变，氧化钴锂材料在充放电过程中由于锂的过渡脱出会导致钴进入锂层，使层状结构混乱化，制约容量发挥。

石墨电极的失效主要发生在石墨表面，石墨表面与电解液反应，生成固态电解质界面相，过度生长则会导致电池内部体系中锂离子含量降低，容量衰减。硅类负极材料失效主要是因为巨大的体积膨胀导致的循环性能问题。

电池及材料企业开展的失效分析研究偏重于电池制造工艺和材料的研发制备，以提高电池性能、降低电池成本为目标，力求建立并完善锂离子电池失效故障树和失效分析流程。

来源：中国粉体网