商業(yè)化的鋰離子電池在使用或儲存過程中常出現(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。對失效現(xiàn)象的正確分析和理解對鋰離子電池性能的提升和技術(shù)改進(jìn)有著重要作用。鋰離子電池失效分析是源于電池測試分析技術(shù)，卻區(qū)別一般檢測中心的檢測分析。失效分析的測試分析是建立在實際具體案例上，對不同的失效現(xiàn)象設(shè)計恰當(dāng)?shù)氖Р呗?，選擇合適的測試手段，高效準(zhǔn)確獲得電池失效分析原因。

 

鋰電池內(nèi)部關(guān)鍵材料涉及到的測試方法[19]。為了實現(xiàn)失效分析在實際應(yīng)用中推廣，某些不具有普適性和易推廣性的測試技術(shù)應(yīng)盡量避免，如EXAFS、ABF-STEM等。為此，將測試內(nèi)容分為必要測試和輔助測試，如表2列出了一些常用的失效分析測試分析技術(shù)。為保證鋰離子電池失效分析的準(zhǔn)確性、時效性、連貫性，中科院物理所鋰電池失效分析團(tuán)隊依托該所清潔能源實驗室，搭建了互聯(lián)互通惰性氣氛電池測試分析平臺。一款失效的鋰離子電池可以從電池拆解、副產(chǎn)物的收集、關(guān)鍵材料的各種分析到剩余材料的封裝留存整個過程都可以在手套箱中有條不紊的進(jìn)行，避免了多次轉(zhuǎn)移使電池材料污染、變性、失效。

 

 

3. 失效分析流程的設(shè)計

對單體電池失效分析的一般途徑可概括為電池外觀檢測、電池?zé)o損檢測、電池有損檢測以及綜合分析報告四個分析階段，如圖9。每個分析階段的測試內(nèi)容和方法則根據(jù)電池的失效

表現(xiàn)進(jìn)行選擇和組合。但是為了優(yōu)化測試路徑，可將電池失效現(xiàn)象分類歸納，設(shè)計失效分析流程，如圖10所示，將不同的失效現(xiàn)象對應(yīng)不同的失效分析，這樣可以縮短分析周期。

 

 

(1)容量衰減失效分析案例

 

循環(huán)后正、負(fù)極片組裝的半電池充放電行為曲線：BoL為新鮮電池數(shù)據(jù)，LR25為低倍率25℃循環(huán)，LR40為低倍率40℃循環(huán)，HR25為高倍率25℃循環(huán)，HR40為高倍率40℃循環(huán)[20]

2016年，LANG MICHAEL等[20]報道了一款純電動車專業(yè)用商業(yè)電池在不同溫度和充放電倍率下循環(huán)后的失效分析。圖11所示為電池極片的充放電行為，根據(jù)新鮮電池的相關(guān)曲線進(jìn)行對比判斷，全電池的正極材料在全電池循環(huán)過程中容量變化較大，為主要失效原因之一。