鋰離子電池?fù)p壞的主要原因及分析

鋰離子電池?fù)p壞的主要原因：

第①種：主要與鋰離子電池的內(nèi)部短路有關(guān)。鋰離子電池的內(nèi)部短路是其安全問(wèn)題的最重要誘因，大部分的安全問(wèn)題都是由于內(nèi)部短路引起的。內(nèi)部短路是電池內(nèi)的正負(fù)極短路，一般是由生產(chǎn)過(guò)程中混入的金屬雜質(zhì)、電極金屬箔在剪切時(shí)造成的毛刺、使用過(guò)程中形成鋰枝晶以及受到擠壓等意外機(jī)械應(yīng)力引起。內(nèi)部短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，從而引起安全問(wèn)題，而在大多數(shù)情況下，鋰離子電池內(nèi)部短路引起的安全問(wèn)題表現(xiàn)為著火和爆炸危險(xiǎn)，而普通的過(guò)熱危險(xiǎn)一般被認(rèn)為是可以接受的危險(xiǎn)。
 
第②種：主要與電路故障有關(guān)， 為了對(duì)鋰離子進(jìn)行充放電管理及安全保護(hù)，在使用電池的宿主設(shè)備或適配器中需要設(shè)計(jì)充放電管理電路，在部分設(shè)備內(nèi)還有放電的負(fù)載電路。
 
為了對(duì)鋰離子電池進(jìn)行保護(hù)，在封裝過(guò)程中需要在電池組中加入保護(hù)電路板。這些電池組內(nèi)部的或外部的電路都有可能出現(xiàn)故障，進(jìn)而引起電池的過(guò)壓充電、過(guò)度充電、過(guò)度放電、外部短路、過(guò)載等電應(yīng)力條件，這些條件也可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱、著火、爆炸等危險(xiǎn)。
在電應(yīng)力條件中，過(guò)壓充電和過(guò)度充電會(huì)產(chǎn)生劇烈的副反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱，從而導(dǎo)致熱失控；過(guò)度放電會(huì)導(dǎo)致電池的電壓低于廠商規(guī)定的放電截止電壓，此時(shí)的副反應(yīng)主要為電解液的分解，產(chǎn)生大量的氣體導(dǎo)致外殼鼓脹破裂引發(fā)漏液；外部短路和過(guò)載則會(huì)使放電電流變大，從而使電池內(nèi)部溫度或者外部導(dǎo)體的溫度劇增，引發(fā)熱失控。
 
第③種：主要與誤用、濫用有關(guān)。誤用和濫用包括在高溫下使用或存儲(chǔ)(如在車內(nèi))、用戶使用了錯(cuò)誤的充電器(過(guò)壓充電)、極性反接充電、在攜帶過(guò)程中電池端子被外部的導(dǎo)體(金屬、溶液等)短路。這些誤用和濫用都可能造成電池發(fā)出大量的熱，甚至造成熱失控。
 
第④種：主要與電池外殼破裂有關(guān)。引起外殼破裂的誘因包括內(nèi)部和外部應(yīng)力。內(nèi)部應(yīng)力是指過(guò)度放電等副反應(yīng)造成的內(nèi)外壓差；外部應(yīng)力是指運(yùn)輸、使用過(guò)程中的正常的或者意外的機(jī)械應(yīng)力，如振動(dòng)、加速度沖擊、跌落等造成的外殼破裂。外殼破裂會(huì)使內(nèi)部的電解液泄漏，從而引起危險(xiǎn)。
 
第⑤種：主要與一致性有關(guān)。在由多節(jié)電池(電芯)通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)以及串并混聯(lián)構(gòu)成的電池組中，電池之間的內(nèi)阻、開路電壓、容量的一致性會(huì)造成對(duì)電池組內(nèi)部的某一電池或電池并聯(lián)塊的過(guò)壓充電、欠壓放電等，從而引起安全問(wèn)題。
 
鋰電池?fù)p壞原因分析
造成鋰離子電池?fù)p壞的原因很多，不同原因可能會(huì)造成同一結(jié)果和現(xiàn)象，且有些是直接原因，有些是間接原因，故進(jìn)行鋰離子電池?fù)p壞分析，應(yīng)該對(duì)造成損壞的各層級(jí)原因進(jìn)行分析，排除可排除的因素，進(jìn)而推導(dǎo)得出根本原因。
鋰離子電池失效起鼓，可以分析，造成電池起鼓的直接原因是由于電解液的分解，在密封的電池內(nèi)部產(chǎn)生了氣體，造成電池鼓脹。造成電解液分解的原因有很多，所有可能的因素如圖4所示，顯然電解液受熱分解是最主要的可能原因。
使電解液受熱分解的高溫，可能來(lái)自于電池過(guò)載、外部短路、高溫以及電池的內(nèi)部短路。如果失效前的場(chǎng)景應(yīng)用能夠排除前面三項(xiàng)目，則最可能的原因是電池內(nèi)部短路。
電池鼓脹原因
造成電池內(nèi)部短路同樣有鋰枝晶、毛刺和金屬雜質(zhì)等幾種可能。需要對(duì)其可能性與成因進(jìn)行進(jìn)一步分析。以鋰枝晶析出為例，鋰枝晶的析出直接原因可能是電池材料不良所致，也有可能是負(fù)極析鋰后，鋰金屬沿著隔膜空隙生長(zhǎng)，接觸正極便形成了鋰枝晶。負(fù)極析鋰的原因可能包括充電倍率過(guò)高，或者在過(guò)低溫度下的充電。即電池充電溫度、電流管理不當(dāng)，這種不恰當(dāng)是由于保護(hù)電路問(wèn)題(沒(méi)有設(shè)計(jì)或者設(shè)計(jì)不當(dāng))、系統(tǒng)充電電路問(wèn)題(故障或者設(shè)計(jì)不當(dāng))以及用戶使用環(huán)境問(wèn)題綜合造成的。