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一文了解什么是锂离子电池失效

北极星储能网  来源:电车资源    2018/12/5 11:35:49  我要投稿  

北极星储能网讯:近年来新能源汽车产业发展迅速,安全问题作为产业健康发展的根基也越来越受到行业的关注。随着新能源汽车的爆发式增长,我国新能源汽车保有量已超过200万辆,安全问题变得更加敏感,若不能有效控制安全事故的发生,新能源汽车产业的发展也必然受到影响。

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市场监督管理总局的消息显示,2018年以来我国已发生新能源汽车起火事件40余起。而大部分新能源汽车安全事故,都是由于动力电池出现了问题。在行业内,动力电池发生故障有一种专业说法,叫电池失效。今天电车资源就用一文带大家一起了解一下什么是锂离子电池失效。

锂离子电池失效,指由某些特定的本质原因引起的电池性能衰减或使用性能异常,它可能发生在生产、运输、使用中的任何一个环节,不仅会影响电池的性能,甚至会引发起火、爆炸等安全问题。锂电池失效根据影响类型的不同,可以分为性能失效和安全性失效。其出现的主要原因也分为两种,分别是内因和外因:内因包括物理失效、化学变化等,外因包括高温、撞击、针刺、人为损坏等。接下来电车资源将为大家详细介绍数种常见的锂电池失效,包括容量衰减失效、内短路、内阻增大、热失控等。

容量衰减失效

一般在进行标准循环寿命测试时,在循环次数达到500次后,电池容量不应低于初始值的90%,达到1000次后,不应低于初始值的80%,如容量不符合该标准出现衰减过度的现象,则属于容量衰减失效。锂离子电池的容量衰减失效分为可逆容量衰减和不可逆容量衰减。其中可逆衰减能够通过调整电池的充放电制度及改善电池的使用环境等方法恢复损失的容量,不可逆衰减因为是电池内部发生了不可逆的变化产生了无法恢复的容量损失,因此无法挽救。

电池容量衰减的主要原因在于材料失效, 也和电池的制造工艺、使用环境等客观因素有不可分割的联系。从材料角度来说,造成容量衰减失效的成因有正极材料失效、负极表面SEI过渡生产、电解液失效、集流体失效等等。

内短路

内短路往往会引起锂离子电池的自放电,容量衰减,局部热失控以及引起安全事故。在电池内部发生短路期间,两种电极材料以电子方式在内部互连,导致局部高电流密度。锂离子电池中发生内部短路可能是锂枝晶的形成或压缩冲击等情况引起的。长时间的内部短路会导致自放电及局部温度上升,局部温度上升产生的影响非常显著,因为如果温度超出某一阈值,电解质可能通过放热反应开始分解,从而引起热失控,具有潜在的健康和安全隐患。

内阻增大

锂离子电池内阻与电池内部电子传输和离子传输过程有关,主要分为欧姆电阻和极化内阻,极化内阻主要由电化学极化引发,又分为电化学极化和浓差极化。当电池内阻增大时,伴随而生的还有能量密度下降、电压功率下降、电池产热等失效问题。影响其产生的主要因素有电池关键材料与电池使用环境,但关键材料产生异常是内阻增大的根本影响因素。

热失控

“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热升高温度,这又反过来又让系统变得更热。锂电池热失控则是指电池内部局部或整体的温度急速上升热量不能及时散去,大量积聚在内部,并诱发进一步的副反应。参与“热失控”反应的是锂电池中的氧化钴化学物。加热这种化学物达到一定温度,它就开始自发热,然后发展成起火和爆炸。在某些情况下,这种有机电解液释放压力会导致电池破裂。如果暴露在高温环境下,或者是遇到火花,它也有可能会燃烧。为了防止热失控现象的发生,一般会采用PTC、安全阀、导热膜等措施,但更重要的是完善电池在设计、制造的技术,及使用的方法。

产气

锂离子电池产气有两种,分别是正常产气和异常产气,在电池化成工艺过程中消耗电解液形成稳定SEI膜所发生的产气现象为正常产气,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产气。在锂电池组装完成后,预化成过程中会产生少量气体,这些气体是不可避免的,也是所谓的电芯不可逆容量损失来源。在首次充放电过程中,电子由外电路到达负极后会与负极表面的电解液发生氧化还原反应,生成气体。

析锂

锂离子电池在充电过程中,锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极,但当发生异常情况造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极的话,锂离子就只能析出在负极表面,形成一层灰色的物质,这就是析锂。析锂的原因有很多种,包括负极余量不够、正负极涂面不均匀、低温环境充电、大倍率充电等等。目前主要是通过加入电解液添加剂、人造SEI、高盐度电解液、结构化负极、优化电池结构来抑制析锂失效的产生。

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