鋰離子電池失效研究

簡(jiǎn) 斌，李 健，胡志榮

（江西新能源科技職業(yè)學(xué)院，江西 新余 338000）

與普通電池產(chǎn)品相對(duì)照，鋰離子電池產(chǎn)品具備能量密度水平高、使用過(guò)程環(huán)境污染程度低、自放電率低，以及不存在記憶效應(yīng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域之中，均擁有著廣泛且穩(wěn)定的實(shí)際應(yīng)用空間。對(duì)于現(xiàn)代民眾日常生活過(guò)程中廣泛運(yùn)用的智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦，以及移動(dòng)電源等便攜式電子設(shè)備或者是產(chǎn)品而言，鋰離子電池產(chǎn)品是其在具體使用過(guò)程中需要依賴的基本性能量供給單元類型。從技術(shù)角度展開(kāi)分析，鋰離子電池失效問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)鋰離子電池的實(shí)際使用效果，具備直接且深刻的影響作用，在鋰離子電池產(chǎn)品實(shí)際使用范圍持續(xù)擴(kuò)展條件下，全面分析梳理鋰離子電池失效問(wèn)題的各類引致原因，并且開(kāi)展技術(shù)性處置，對(duì)于發(fā)揮鋰離子電池的最佳應(yīng)用價(jià)值，具備不容忽視的影響作用。

1 鋰離子電池失效問(wèn)題的引致原因

1.1 內(nèi)阻增大

內(nèi)阻因素是影響制約鋰離子電池產(chǎn)品性能表現(xiàn)狀態(tài)的代表性因素，從鋰離子電池的實(shí)際使用過(guò)程角度展開(kāi)分析，受復(fù)雜多樣的主客觀因素影響制約，鋰離子電池會(huì)展示出內(nèi)阻增大現(xiàn)象，其中工作環(huán)境因素（主要在于溫度過(guò)高）是誘導(dǎo)鋰離子電池發(fā)生內(nèi)阻增大現(xiàn)象的主要原因。

在針對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品的使用性能狀態(tài)展開(kāi)檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注其循環(huán)周次，并且鋰離子電池在充電-放電循環(huán)過(guò)程中，自由電子的傳輸過(guò)程和離子傳輸過(guò)程，均會(huì)在一定程度上對(duì)鋰離子電池的內(nèi)阻大小造成變化。

從影響作用機(jī)制分析，在鋰離子電池內(nèi)阻增大條件下，通常會(huì)誘導(dǎo)發(fā)生能量密度降低問(wèn)題、放電電壓參數(shù)與功率參數(shù)下降問(wèn)題，以及電池產(chǎn)熱等失效問(wèn)題。

從宏觀性視角可知，鋰離子電池內(nèi)阻增大現(xiàn)象的發(fā)生，與其本身的制作材料具備密切相關(guān)性，其具體表現(xiàn)形式，包含電池正極制作材料發(fā)生的微裂紋問(wèn)題或者是破碎問(wèn)題、電池負(fù)極制作材料發(fā)生的破壞問(wèn)題或者是表面SEI層厚度過(guò)大問(wèn)題、電解液物質(zhì)成分老化問(wèn)題、活性物質(zhì)成分與集流體部分相互脫離問(wèn)題、活性物質(zhì)成分與導(dǎo)電添加劑物質(zhì)接觸狀況不良問(wèn)題，隔膜縮孔堵塞問(wèn)題，以及電池極耳部分焊接狀態(tài)異常問(wèn)題等。

1.2 電能存儲(chǔ)容量衰減

鋰離子電池產(chǎn)品在使用過(guò)程中發(fā)生的電能存儲(chǔ)容量衰減現(xiàn)象，通?？梢员粍澐譃榭赡嫘噪娔艽鎯?chǔ)容量衰減現(xiàn)象，以及不可逆性電能存儲(chǔ)容量衰減現(xiàn)象兩個(gè)具體類別。

所謂可逆性電能存儲(chǔ)容量衰減現(xiàn)象，指的是在運(yùn)用改變鋰離子電池充放電操作實(shí)施模式，或者是改善調(diào)整鋰離子電池實(shí)際使用技術(shù)環(huán)境等手段，能夠促進(jìn)已經(jīng)發(fā)生衰減的電能存儲(chǔ)容量逐漸恢復(fù)的技術(shù)情形。而不可逆性電能存儲(chǔ)容量衰減，則是指的是實(shí)際發(fā)生的電能存儲(chǔ)容量衰減過(guò)程，無(wú)法借由技術(shù)調(diào)整手段加以逆轉(zhuǎn)和恢復(fù)的技術(shù)情形。

遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件《GB/T31484-2015》中闡釋的觀點(diǎn)，對(duì)于接受標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)使用壽命技術(shù)測(cè)試的鋰離子電池產(chǎn)品而言，在其累計(jì)充放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到500次條件下，其實(shí)際放電容量測(cè)定值不應(yīng)低于初始狀態(tài)總放電容量的90.00%，或者是在其累計(jì)充放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到1000次條件下，其實(shí)際放電容量測(cè)定值不應(yīng)低于初始狀態(tài)總放電容量的80.00%，如果鋰離子電池在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)過(guò)程中發(fā)生放電容量急劇下降現(xiàn)象，通?？梢耘卸ㄤ囯x子電池發(fā)生電能存儲(chǔ)容量衰減失效問(wèn)題。

基于現(xiàn)有的技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn)，誘導(dǎo)鋰離子電池發(fā)生電能存儲(chǔ)容量衰減失效問(wèn)題的主要原因，在于其制作材料發(fā)生技術(shù)缺陷，其主要表現(xiàn)形式，包含正極部分制作材料基本結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞、負(fù)極部分制作材料發(fā)生SEI過(guò)度生長(zhǎng)現(xiàn)象、電解液內(nèi)部物質(zhì)組成成分發(fā)生分解現(xiàn)象或者是變質(zhì)現(xiàn)象、集流體腐蝕現(xiàn)象，以及鋰離子電池體系內(nèi)部出現(xiàn)微少數(shù)量雜質(zhì)等。

1.3 內(nèi)短路

內(nèi)短路問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品的實(shí)際使用質(zhì)量和安全性水平具備深刻影響。從技術(shù)影響效應(yīng)角度展開(kāi)分析，內(nèi)短路問(wèn)題的發(fā)生，通常會(huì)誘導(dǎo)鋰離子電池執(zhí)行自放電過(guò)程，在持續(xù)性的電能存儲(chǔ)容量衰減和局部性的熱失控條件下，極易誘導(dǎo)安全事故的發(fā)生。

調(diào)查結(jié)果顯示，現(xiàn)階段我國(guó)部分技術(shù)人員在設(shè)計(jì)形成針對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品的應(yīng)用方案過(guò)程中，未能對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中可能發(fā)生的自放電現(xiàn)象施加充分關(guān)注，未能針對(duì)鋰離子電池內(nèi)部電能存儲(chǔ)容量的變化特征展開(kāi)深度研究，在無(wú)法運(yùn)用科學(xué)有效的安全隱患問(wèn)題預(yù)防控制策略條件下，造成了較為嚴(yán)重的不良影響。

2 鋰離子電池失效問(wèn)題的處置策略

2.1 合理控制內(nèi)阻

鋰離子電池應(yīng)用方案設(shè)計(jì)人員，要切實(shí)提升對(duì)內(nèi)阻因素影響作用的重視力度，致力于在具體設(shè)計(jì)形成鋰離子電池產(chǎn)品應(yīng)用方案過(guò)程中，借由運(yùn)用科學(xué)方法測(cè)定內(nèi)阻參數(shù)，合理設(shè)定符合鋰離子電池產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)需求的內(nèi)阻參數(shù)控制干預(yù)方案，支持鋰離子電池產(chǎn)品能夠穩(wěn)定發(fā)揮最優(yōu)化的技術(shù)使用壽命。

要基于鋰離子電池產(chǎn)品在執(zhí)行充電過(guò)程，或者是放電過(guò)程時(shí)具體展現(xiàn)的技術(shù)狀態(tài)，針對(duì)鋰離子電池內(nèi)阻參數(shù)的大小變化趨勢(shì)展開(kāi)系統(tǒng)分析，并且參照多樣化環(huán)境因素的影響，針對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品的使用技術(shù)性能展開(kāi)檢測(cè)，在準(zhǔn)確判斷鋰離子電池的使用壽命前提下，為準(zhǔn)確開(kāi)展鋰離子電池綜合技術(shù)性能判斷工作提供支持條件。

要以鋰離子電池綜合技術(shù)性能判斷工作結(jié)果為基礎(chǔ)，制定運(yùn)用科學(xué)有效的內(nèi)阻參數(shù)大小控制策略，在確保鋰離子電池內(nèi)阻處在良好狀態(tài)條件下，維持鋰離子電池的最佳性能狀態(tài)和良好使用壽命。

2.2 實(shí)現(xiàn)對(duì)電能存儲(chǔ)容量的有效控制

在具體開(kāi)展鋰離子電池產(chǎn)品電能存儲(chǔ)容量設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，要注重做好針對(duì)鋰離子電池產(chǎn)品主要組成結(jié)構(gòu)部分制作材料的合理控制，支持鋰離子電池產(chǎn)品在使用過(guò)程中，能最大限度避免在材料技術(shù)缺陷因素作用之下發(fā)生存儲(chǔ)容量衰減問(wèn)題。

在具體開(kāi)展針對(duì)鋰離子產(chǎn)品的電能存儲(chǔ)容量控制干預(yù)過(guò)程中，要積極提升對(duì)放電技術(shù)過(guò)程的關(guān)注力度，尤其要深入分析因鋰離子電池放電過(guò)程而引致出現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，在有效控制電接觸失效技術(shù)問(wèn)題的發(fā)生可能性條件下，支持鋰離子電池產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中，能夠始終具備最優(yōu)化的電能存儲(chǔ)容量狀態(tài)。

要在鋰離子電池產(chǎn)品的實(shí)際使用過(guò)程中，基于電化學(xué)反應(yīng)基本原理的分析視角，針對(duì)其電解液組成部分的技術(shù)性能表現(xiàn)狀態(tài)展開(kāi)研究分析，支持其存儲(chǔ)容量實(shí)現(xiàn)良好控制。

2.3 提升內(nèi)短路問(wèn)題控制水平

在制定執(zhí)行指向鋰離子電池產(chǎn)品的內(nèi)短路問(wèn)題控制方案過(guò)程中，要積極提升對(duì)自放電現(xiàn)象的重視力度，針對(duì)各類能夠誘導(dǎo)自放電現(xiàn)象發(fā)生的主客觀因素，展開(kāi)全面系統(tǒng)的歸納分析和預(yù)防性處置干預(yù)，確保鋰離子電池的技術(shù)性能能夠充分滿足實(shí)際使用需要。

要積極提升對(duì)鋰離子電池實(shí)際使用過(guò)程的關(guān)注和重視力度，避免因金屬異物觸動(dòng)電極結(jié)構(gòu)，而誘導(dǎo)內(nèi)短路問(wèn)題發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

在鋰離子電池產(chǎn)品的具體使用過(guò)程中，失效問(wèn)題的發(fā)生不僅會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池?zé)o法全面順利發(fā)揮其最佳技術(shù)使用功能，還極易引致發(fā)生一定形式的安全隱患事件。在鋰離子電池的實(shí)際使用范圍持續(xù)擴(kuò)展過(guò)程中，針對(duì)其具體發(fā)生的失效問(wèn)題展開(kāi)研究分析，總結(jié)梳理誘導(dǎo)失效問(wèn)題發(fā)生的各類主客觀因素，并擇取適當(dāng)技術(shù)策略開(kāi)展處置干預(yù)，能支持鋰離子電池在具體運(yùn)用過(guò)程中， 穩(wěn)定且順利地發(fā)揮最優(yōu)化的技術(shù)效果。