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在能源危機和環境污染的大背景下，鋰離子電池作為21世紀發展的理想能源，受到越來越多的關注。但鋰離子電池在生產、運輸、使用過程中會出現某些失效現象，包括容量衰減、內阻增大、倍率性能降低、產氣、漏液、短路、變形、熱失控、析鋰等，嚴重降低了鋰離子電池的使用性能、可靠性、安全性，而且單一電池失效之后也會影響整個電池組的性能，甚至會導致電池組停止工作或引發其他安全問題。

一、鋰電池失效分類

為了避免鋰電池因性能衰減引發的安全問題，開展鋰電池失效分析勢在必行。鋰電池的失效是指由某些特定的本質原因導致電池性能衰減或使用性能異常，分為性能失效和安全性失效。

二、失效原因

鋰電池失效的原因可以分為內因和外因。

內因主要指的是失效的物理化學變化本質，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失效過程中的熱力學、動力學變化。

外因包括撞擊、針刺、腐蝕、高溫燃燒、人為破壞等外部因素。

三、常見失效表現及其失效機理分析

（1）容量衰減

容量衰減主要分可逆容量衰減和不可逆容量衰減兩類?？赡嫒萘克p可以通過調整電池充放電制度和改善電池使用環境等措施使損失的容量恢復；而不可逆容量衰減是電池內部發生不可逆的改變產生了不可恢復的容量損失。電池容量衰減失效的根源在于材料的失效，同時與電池制造工藝、電池使用環境等客觀因素有緊密聯系。從材料角度看，造成失效的原因主要有正極材料的結構失效、負極表面SEI過渡生長、電解液分解與變質、集流體腐蝕、體系微量雜質等。

（2）內阻增大

鋰離子電池的內阻與電池體系內部電子傳輸和離子傳輸過程有關，主要分為歐姆電阻和極化內阻，其中極化內阻主要由電化學極化導致，存在電化學極化和濃差極化兩種。導致鋰離子電池內阻增大的主要因素分為電池關鍵材料和電池使用環境。中國科學技術大學闕永春等利用同步輻射技術提出過渡元素的跳躍機理是電勢滯后和電壓衰減的原因，說明了在電池體系內部，關鍵材料的異常是內阻增大和電池極化的根本影響因素。

（3）內短路

短路的表現可分為：①銅/鋁集流體之間的短路；②隔膜失效失去電子絕緣性或空隙變大使正、負極微接觸，出現局部發熱嚴重，再進一步充放電過程中，可能向四周擴散，形成熱失控；③正極漿料中過渡金屬雜質未去除干凈，刺穿隔膜、或促使負極鋰枝晶生成導致內短路；④鋰枝晶導致內短路的發生。此外，在電池設計制造或電池組組裝過程上，不合理的設計和局部壓力過大也會導致內短路。電池過充和過放，也會出現內短路，主要是由于其中集流體腐蝕，在電極表面出現沉積現象，嚴重的情況會通過隔膜連通正負極。

（4）產氣

鋰離子電池產氣主要分為正常產氣與異常產氣。在電池化成工藝過程中消耗電解液形成穩定SEI膜所發生的產氣現象為正常產氣?；呻A段產氣主要為由酯類單/雙電子反應產生H2、CO2、C2H2等。異常產氣主要是只在電池循環過程中，過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現象，常出現在軟包電池中，造成電池內部壓力過大而變形、撐破封裝鋁膜、內部電芯接觸問題等。

（5）熱失控

熱失控是指鋰離子電池內部局部或整體的溫度急速上升，熱量不能及時散去，大量積聚在內部，并誘發進一步的副反應。為了防止鋰離子電池因熱失控造成嚴重的安全問題，常采用PTC、安全閥、導熱膜等措施，同時在電池的設計、電池制造過程、電池管理系統、電池使用環境等方面都需要進行系統性的考慮。

（6）析鋰

析鋰是一種比較常見的鋰離子電池老化失效現象。表現形式主要是負極極片表面出現一層灰色、灰白色或者灰藍色物質，這些物質是在負極表面析出的金屬鋰。清華大學張強等指出影響枝晶生長的主要因素為電流密度、溫度和電量，通過加入電解液添加劑、人造SEI、高鹽濃度電解液、結構化負極、優化電池構型設計等措施來抑制枝晶的生長。鋰離子電池應用領域十分廣泛，小至手機電腦等移動終端，大到電動公交和大規模儲能。自從國內外發生的多起手機電動汽車的起火爆炸事故后，可靠性安全性與其性能一樣重要。但中國失效分析雖在機械領域和航空領域得到系統性的發展，而在鋰電池領域還未得到系統的研究，仍面臨很多問題。雖然電池企業及材料企業也各自開展了鋰離子電池失效分析的研究，但多偏重于電池制造工藝和材料的研發制備，以提高電池性能、降低電池成本為直接目標。希望未來研究院所與相關企業加強合作交流，建立完善的鋰離子電池失效故障樹和失效分析流程。