鋰電池有哪些常見的失效形式？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-23 10:09
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容量衰減失效
“標準循環(huán)壽命測試時，循環(huán)次數(shù)達到500次時放電容量應不低于初始容量的90%?；蛘哐h(huán)次數(shù)達到1000次時放電容量不應低于初始容量的80%”，若在標準循環(huán)范圍內(nèi)，容量出現(xiàn)急劇下滑現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。
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，造成失效的原因主要有正極材料的結構失效、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。
正極材料的結構失效：正極材料結構失效包括正極材料顆粒破碎、不可逆相轉(zhuǎn)變、材料無序化等。LiMn2O4在充放電過程中會因Jahn-Teller效應導致結構發(fā)生畸變，甚至會發(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，LiCoO2材料在充放電過程中由于Li的過渡脫出會導致Co進入Li層，造成層狀結構混亂化，制約其容量發(fā)揮。
負極材料失效：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，生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)界面相（SEI），如果過度生長會導致電池內(nèi)部體系中鋰離子含量降低，結果就是導致容量衰減。硅類負極材料的失效主要在于其巨大的體積膨脹導致的循環(huán)性能問題。
電解液失效：LiPF6穩(wěn)定性差，容易分解使電解液中可遷移Li+含量降低。它還容易和電解液中的痕量水反應生成HF，造成電池內(nèi)部被腐蝕。氣密性不好引起電解液變質(zhì)，電解液黏度和色度都發(fā)生變化，最終導致傳輸離子性能急劇下滑。
集流體的失效：集流體腐蝕、集流體附著力下降。上述電解液失效生成的HF會對集流體造成腐蝕，生成導電性差的化合物，導致歐姆接觸增大或活性物質(zhì)失效。充放電過程中Cu箔在低電位下被溶解后，沉積在正極表面，這就是所謂的“析銅”。集流體失效常見的形式是集流體與活性物之間的結合力不夠?qū)е禄钚晕镔|(zhì)剝離，不能為電池提供容量。
“標準循環(huán)壽命測試時，循環(huán)次數(shù)達到500次時放電容量應不低于初始容量的90%?；蛘哐h(huán)次數(shù)達到1000次時放電容量不應低于初始容量的80%”，若在標準循環(huán)范圍內(nèi)，容量出現(xiàn)急劇下滑現(xiàn)象均屬于容量衰減失效。
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，造成失效的原因主要有正極材料的結構失效、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。
正極材料的結構失效：正極材料結構失效包括正極材料顆粒破碎、不可逆相轉(zhuǎn)變、材料無序化等。LiMn2O4在充放電過程中會因Jahn-Teller效應導致結構發(fā)生畸變，甚至會發(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，LiCoO2材料在充放電過程中由于Li的過渡脫出會導致Co進入Li層，造成層狀結構混亂化，制約其容量發(fā)揮。
負極材料失效：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，生產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)界面相（SEI），如果過度生長會導致電池內(nèi)部體系中鋰離子含量降低，結果就是導致容量衰減。硅類負極材料的失效主要在于其巨大的體積膨脹導致的循環(huán)性能問題。
電解液失效：LiPF6穩(wěn)定性差，容易分解使電解液中可遷移Li+含量降低。它還容易和電解液中的痕量水反應生成HF，造成電池內(nèi)部被腐蝕。氣密性不好引起電解液變質(zhì)，電解液黏度和色度都發(fā)生變化，最終導致傳輸離子性能急劇下滑。
集流體的失效：集流體腐蝕、集流體附著力下降。上述電解液失效生成的HF會對集流體造成腐蝕，生成導電性差的化合物，導致歐姆接觸增大或活性物質(zhì)失效。充放電過程中Cu箔在低電位下被溶解后，沉積在正極表面，這就是所謂的“析銅”。集流體失效常見的形式是集流體與活性物之間的結合力不夠?qū)е禄钚晕镔|(zhì)剝離，不能為電池提供容量。
