鋰離子電池損壞的主要原因及分析

鋰離子電池損壞的主要原因：

第①種：主要與鋰離子電池的內部短路有關。鋰離子電池的內部短路是其安全問題的最重要誘因，大部分的安全問題都是由于內部短路引起的。內部短路是電池內的正負極短路，一般是由生產過程中混入的金屬雜質、電極金屬箔在剪切時造成的毛刺、使用過程中形成鋰枝晶以及受到擠壓等意外機械應力引起。內部短路時會產生大量的熱，從而引起安全問題，而在大多數情況下，鋰離子電池內部短路引起的安全問題表現為著火和爆炸危險，而普通的過熱危險一般被認為是可以接受的危險。
 
第②種：主要與電路故障有關， 為了對鋰離子進行充放電管理及安全保護，在使用電池的宿主設備或適配器中需要設計充放電管理電路，在部分設備內還有放電的負載電路。
 
為了對鋰離子電池進行保護，在封裝過程中需要在電池組中加入保護電路板。這些電池組內部的或外部的電路都有可能出現故障，進而引起電池的過壓充電、過度充電、過度放電、外部短路、過載等電應力條件，這些條件也可能會導致過熱、著火、爆炸等危險。
在電應力條件中，過壓充電和過度充電會產生劇烈的副反應，產生大量的熱，從而導致熱失控；過度放電會導致電池的電壓低于廠商規定的放電截止電壓，此時的副反應主要為電解液的分解，產生大量的氣體導致外殼鼓脹破裂引發漏液；外部短路和過載則會使放電電流變大，從而使電池內部溫度或者外部導體的溫度劇增，引發熱失控。
 
第③種：主要與誤用、濫用有關。誤用和濫用包括在高溫下使用或存儲(如在車內)、用戶使用了錯誤的充電器(過壓充電)、極性反接充電、在攜帶過程中電池端子被外部的導體(金屬、溶液等)短路。這些誤用和濫用都可能造成電池發出大量的熱，甚至造成熱失控。
 
第④種：主要與電池外殼破裂有關。引起外殼破裂的誘因包括內部和外部應力。內部應力是指過度放電等副反應造成的內外壓差；外部應力是指運輸、使用過程中的正常的或者意外的機械應力，如振動、加速度沖擊、跌落等造成的外殼破裂。外殼破裂會使內部的電解液泄漏，從而引起危險。
 
第⑤種：主要與一致性有關。在由多節電池(電芯)通過串聯、并聯以及串并混聯構成的電池組中，電池之間的內阻、開路電壓、容量的一致性會造成對電池組內部的某一電池或電池并聯塊的過壓充電、欠壓放電等，從而引起安全問題。
 
鋰電池損壞原因分析
造成鋰離子電池損壞的原因很多，不同原因可能會造成同一結果和現象，且有些是直接原因，有些是間接原因，故進行鋰離子電池損壞分析，應該對造成損壞的各層級原因進行分析，排除可排除的因素，進而推導得出根本原因。
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，在密封的電池內部產生了氣體，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，可能來自于電池過載、外部短路、高溫以及電池的內部短路。如果失效前的場景應用能夠排除前面三項目，則最可能的原因是電池內部短路。
電池鼓脹原因
造成電池內部短路同樣有鋰枝晶、毛刺和金屬雜質等幾種可能。需要對其可能性與成因進行進一步分析。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，也有可能是負極析鋰后，鋰金屬沿著隔膜空隙生長，接觸正極便形成了鋰枝晶。負極析鋰的原因可能包括充電倍率過高，或者在過低溫度下的充電。即電池充電溫度、電流管理不當，這種不恰當是由于保護電路問題(沒有設計或者設計不當)、系統充電電路問題(故障或者設計不當)以及用戶使用環境問題綜合造成的。