纽扣型锂电池失效研究资料
锂电池的失效机理及其诊断方法
锂电池的失效机理及其诊断方法第一章：引言近年来，随着锂离子电池在移动电子设备、电动汽车和储能等领域的广泛应用，锂电池的性能和安全性越来越受到关注。
在锂电池的使用过程中，由于内部结构和化学反应的变化，会导致其失效甚至发生热失控等危险情况。
因此，对锂电池的失效机理和诊断方法进行研究，对于提高锂电池的性能和安全性具有重要意义。
本文将从理论和实践两个方面，对锂电池的失效机理及其诊断方法进行深入探讨。
第二章：锂电池的失效机理2.1 电池寿命电池的寿命可以定义为电池性能降低到初始性能的某个百分比的时间。
锂电池寿命与循环次数和时间有关，通过不同充电和放电状态下的电池寿命测试，可以得出锂电池的充放电性能和循环寿命等参数。
锂电池的寿命与电池内的化学反应和结构变化密切相关。
2.2 电池容量降低在电池的充放电过程中，电极材料的结构发生变化，引起电极容量的降低。
电池容量降低的原因可以分为以下几种：(1)固溶体电解质内部极化：由于正离子在固状电解质和电极材料之间移动，导致固溶体电解质内部的电阻增加，从而降低了电池的容量。
(2)界面电化学失效：由于电化学反应的副产品或氧化物在电极表面堆积，形成不导电的层，降低了电极的反应活性。
(3)电解质溶解与膜层形成：电解质溶解和析出可以导致电池容量的降低。
锂氧化膜在电极表面的附着可以阻碍正离子的扩散和反应，从而降低了电池的容量。
2.3 电池内阻升高内阻是指电池在运行过程中电流通过时，由电极、导电性能变差和电解质的电阻等产生的总电阻。
电池内阻升高对电池的性能和安全性都会产生负面影响。
内阻升高的原因可以分为以下几方面：(1)极材料的膨胀和收缩(2)电极和电解质之间的接触不良(3)电解质的析出和溶解第三章：锂电池的诊断方法3.1 电化学测试方法电化学测试是评估锂电池状态和性能的主要方法。
它可以通过测试电化学参数，如电池内阻、开路电压、循环伏安和交流交流阻抗等来评估电池的状态。
3.2 物理测试方法物理测试包括微观和宏观测试。
锂离子电池失效分析及后果PFMEA-excel版
内阻高、平台低、 容量及安全性能差
来料不良
制成电芯测试
外观
包装无破裂,破损,变形等硬伤痕
灰尘、杂质、 浆料有颗 粒，涂布 运输破损、来料
大颗粒
划痕
不良
目测
粒径
325目通过率≥85%
粒径过大
涂布不均匀 、易掉料
来料不良
粒度分析仪
振实密 度
≥0.5g/cm3
振实密度偏低
吸湿性
相对湿度≥40%，压片后≥6hr，不 掉料
pH值偏高或偏 低
打胶胶体性能差
硬度偏大 影响电池容量发挥
电导率偏大
自放电大
来料不良 来料不良 来料不良
pH精密试纸 电导率仪
外观 包装无破裂，破损，变形等硬伤痕 吸潮、结块
粘接性差
运输破损、来料 不良
目视
4
15
pH计
1
化学测量
24
35
粘结剂为白色粉末，加入溶剂后能 溶解性 完全溶解，无杂质，不溶物出现， 不能完全溶解
振实密度偏低 体积比容量低
来料不良
来料检
126
振实密度仪
电池性 能
50次循环容量保持≥95%，100次循 环容量保持率≥92%，初始平台
≥48min，100次循环平台下降小于 7min，50次循环平台下降小于 5min
电池电化学性 能差
内阻高、平台低、 容量及安全性能差
来料不良
制成电芯测试
84
电化学工作 站 CHI660A
性能差
来料不良
9083、新威 DPS51800）、内
21
循环平台下降
阻测试仪、卡尺
小于7min，50
次循环平台下
利用阻抗分析锂电池失效机理
从图可得体系R、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算 扩散系数D。由Rct可计算i0和k0。
Rct
RT nFi0
25
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因： 1. 电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散； 2. 除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在测量的过程中
引起感抗。
Cd R
ZW
Rct
ZW
RW
1/ 2
CW
1 1/ 2
ZW 1/ 2 (1 j)
22
电路的阻抗：
实部： 虚部：
Z
R
jCd
Rct
1 1
1/ 2 (1
j)
（1）低频极限。当足够低时，实部和虚部简化为：
消去，得：
23
Nyquist 图上扩散控制表现为倾 斜角/4（45）的直线。
（2）高频极限。当足够高时，含-1/2项可忽略，于是：
* -Z'' *
*** Z'
15
3. 电组R和电容C并联的电路
Z Z ' jZ ''
并联电路的阻抗的倒数是各并联元件阻抗倒数 之和
1 Z
1 Z
R
1 ZC
1 R
jC
1
R
(RC
)
2
R 2C j 1 (RC)2
实部：
Z
'
1
R
(RC
)
2
虚部： Z '' R2C 1 (RC)2
消去，整理得：
Z
'
R
2
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy， EIS） — 给电化学系统施加一个频率不同的小振幅的交流正弦 电势波，测量交流电势与电流信号的比值（系统的阻抗）随正
锂离子电池失效分析研究进展
锂离子电池失效分析研究进展
黄宇朔;郑威;卢苏阳;曾文文;杨烨;詹浩然;梅军
【期刊名称】《云南化工》
【年(卷),期】2024(51)3
【摘要】综述了锂离子电池失效分析流程、失效主要现象及原因、失效分析方法和主要失效原因,并对未来发展研究方向做出了展望。
【总页数】6页(P16-21)
【作者】黄宇朔;郑威;卢苏阳;曾文文;杨烨;詹浩然;梅军
【作者单位】中物院成都科学技术发展中心;四川国创成电池材料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM911
【相关文献】
1.锂离子电池隔膜失效机理与防范措施研究进展
2.废旧锂离子电池失效机理探究及回收利用研究进展
3.锂离子电池机械滥用失效机理及仿真模型研究进展
4.失效锂离子电池正极材料直接再生的研究进展
5.联合工艺处理失效锂离子电池正极材料研究进展
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电池失效机理分析与优化控制研究
电池失效机理分析与优化控制研究电池是我们现代社会中不可或缺的能源装置之一，其广泛应用于移动电子设备、车载电子等领域。
然而，随着电池的使用时间的增长，其性能会逐渐降低，这是由于电池失效机制引起的。
该文将对电池失效机理进行分析，并提出优化控制策略以延长电池使用寿命。
一、电池失效机理分析电池失效机理主要有以下几个方面：1. 废物堆塞随着电池内部化学反应的进行，废物会逐渐在电极和电解液之间堆积，导致电池内阻增加并影响性能。
因此，清除废物是保证电池使用寿命的重要措施。
2. 腐蚀电池内部电解液凝聚成蚀刻性的盐水，腐蚀电池内部元件。
长期使用会导致电池寿命减短。
3. 环境条件环境条件对电池的影响也不容忽视，例如温度会对电池内部化学反应产生干扰。
过高或过低的温度都会导致电池性能下降。
此外，高湿度环境也会导致电解液蒸发速度加快，导致电池容量下降。
二、电池优化控制策略为了延长电池使用寿命，可以采用以下优化控制策略：1. 温度控制电池在25℃~35℃之间的温度下具有最佳的性能，因此，需要采取措施维持电池温度在这个范围内。
例如，在车载电池中使用冷却器或加热器对电池进行控制。
2. 循环充电为了拉长电池使用寿命，可以采用循环充电的方式。
将电池充满，并将其放置在25℃~35℃的环境中，令电池处于放电状态。
在电池放电完成后，需要将其重新充电至满电状态并再次放置在25℃~35℃的环境中，这就完成了一次循环充电。
通过电池循环充电，可以清除废物、减缓腐蚀、提高电池寿命。
然而，循环充电会使电池电量下降。
因此，该方法不适用于对电池工作时间有特殊需求的场合。
3. 电池容量管理考虑到电池的容量、电压、内阻都会随着使用时间增加而发生变化，因此需要实时监测电池状态以保证其最佳使用。
可以在电池管理系统中加入电池容量管理功能，根据充放电数据实时计算剩余电池容量并进行预测，以提供使用者更准确的电池使用时间预测。
4. 其他优化控制策略除以上控制策略外，还可以采用以下控制方式以延长电池使用寿命：①发挥电池优点以减少使用随着科技的不断发展，已经有很多新型电池面世。
失效锂离子电池材料及力学特性研究
失效锂离子电池材料及力学特性研究作者：张大治邢广娜来源：《科技创新与应用》2013年第24期摘要：基于工程力学的视角，失效锂离子电池作为复合性的材料，其破碎特性对于电池的抗压、抗拉、抗弯、抗剪等力学测试，具有一定的研究意义。
为了研究失效锂离子电池在外力作用下的破碎特点，本文将对失效锂离子电池材料的性能进行分析，并进一步了解其力学特性，以通过掌握电池的力学特性，为失效锂离子的有效破碎，奠定理论基础。
关键词：失效锂离子；电池材料；力学特性1 失效锂离子电池材料性能分析锂离子电池的用途不同，其形状也会不同，但所采用的材料，以及结构没有太大的区别，某些体积小而数量多的锂离子电池，譬如手机锂离子电池，出于成本因素的考虑，没有办法进行大规模的人工拆卸处理，使得失效电池的资源化处理目标很难实现。
关于失效锂离子电池材料性能的分析，需要分为两个部分：1.1 电池组成以某品牌手机的失效锂离子电池为例，该电池形状方形，由塑料壳、金属壳、正极、负极、隔膜和其他组合物组成，其中外层为塑料外壳、内芯为铝制金属、内部为卷式结构。
该电池的塑料外壳从两侧嵌入，包裹电池的内芯，而内芯保护层由铝制金属外壳包裹，厚度大约为0.1mm，正极和负极则为活性材料，均为折叠20层，隔膜将正极和负极的材料分隔开，厚度大约为4.5mm，最后是连接电极的电路板，与内芯的长度和宽度一致，也被包裹在塑料外壳的内部。
1.2 材料结合方式失效锂离子电池材料的结合分为压合和粘合力两种结合方式，前者是外壳、正极、负极、隔膜材料之间的结合，这些材料需要依靠压力才能结合在一起，但物质分子之间的性质是彼此分开的；后者则是电极活性材料和铜/铝箔之间的粘合，不是简单的压力结合，而是需要物质之间的互相渗透，分子与分子之间完全牢固结合在一起。
以上的结合材料，对材料的破碎解离有很明显的影响，前者在破坏压合作用力之后，就能够破碎解离，后者要求解除粘合剂的作用，才能够完成解离。
2 失效锂离子电池力学特性研究鉴于失效锂离子电池材料的性能，失效锂离子电池力学特性的研究，需要对材料的压缩、拉伸、剪切、冲击等进行实验测定，以确定应力和应变之间的关系，具体的研究方法如下。
储能锂离子电池失效机理研究与分析
储能锂离子电池失效机理研究与分析储能锂离子电池失效机理研究与分析储能锂离子电池是一种常用于电动汽车和可再生能源储存系统中的重要能量储存装置。
然而，随着使用时间的增加，电池的性能会逐渐下降，最终导致电池失效。
储能锂离子电池失效机制的研究和分析对于提高电池的寿命和性能至关重要。
首先，储能锂离子电池的失效机制可以分为两个主要方面：电池内部化学失效和电池外部物理失效。
在电池内部，电化学反应会引起电池中的锂离子在正负极之间来回迁移。
然而，随着时间的推移，电极材料会发生结构变化，导致电极容量的损失。
同时，锂离子的迁移也会导致电池中的电解质和电极之间的界面问题，如电解液分解、电极极化等。
这些内部化学失效会使电池容量减小、内阻增加，最终导致电池失效。
其次，电池外部物理失效也是导致储能锂离子电池失效的重要因素。
电池在使用过程中会受到温度变化、机械应力、振动等外部环境的影响。
这些因素会导致电池内部材料的膨胀和收缩，进而引起电极材料的剥落、粉化和电解质破裂等问题。
此外，外部物理失效还可能导致电池的短路和过充等安全问题，进一步加速电池的失效。
针对储能锂离子电池失效机制的研究和分析，科学家们采取了多种方法。
首先，他们通过对失效电池进行物理和化学分析，可以观察到电极材料的结构和形貌变化，电解液中的降解产物等，从而确定电池失效的原因。
其次，科学家们通过对电池内部的电化学特性进行测试和分析，如循环伏安测试、电化学阻抗谱等，可以评估电化学性能的衰退情况，从而深入了解电池的失效机制。
此外，他们还通过模拟和仿真等方法，研究电池在不同工作条件下的性能和寿命，以预测电池的失效过程。
综上所述，储能锂离子电池失效机制的研究和分析是提高电池寿命和性能的关键。
通过深入理解电池内部的化学和物理变化，我们可以寻找适当的措施来减少电池失效的发生，如改进电极材料、优化电解液组成、改善电池设计等。
此外，对失效机制的研究还有助于制定更好的电池管理策略，以延长电池的使用寿命并提高其能量储存效率。
纽扣型锂电池失效研究资料
纽扣型锂电池失效研究纽扣型锂电池失效研究【摘要】文章简要介绍了锂电池的基本失效模型，锂电池的速率容量效应。
探讨了纽扣型锂电池的内部自放电机理，从产品制造工艺过程的角度分析了可能产生内部失效的原因。
【关键词】锂电池;速率容量效应;自放电;隔膜刺穿;点焊锂离子电池失效模式主要有：容量衰减，泄气或漏液，集流体腐蚀，热失控等。
其中容量衰减是最常见的失效模式，导致这一失效产生的因素很多：在电极方面，反复充放电使电极活性表面积减少，电流密度提高，极化增大;在电解质溶液方面，电解液或导电盐分解导致其电导率下降，分解物造成界面钝化。
此外，隔膜阻塞或损坏，电池内部短路等也会缩短电池的寿命。
1.锂电池失效模型目前的研究认为温度和工作电流是加速锂离子电池容量衰减的两个重要应力，并有试验验证了失效的模型。
在相同温度条件下，锂离子电池的寿命与放电电流的关系基本遵从电应力为加速变量的加速模型：（1）式（1）即为锂离子电池的基本失效模型，在双对数坐标系上，锂离子电池失效与放电电流也为线性关系。
2.锂电池的速率容量效应锂电池具有速率容量效应，指的是电池实际容量会随着负载的不同而不同，负载越大，电池的容量越小。
其原理是，电池的寿命很大程度上取决于负极上可反应区域的状态。
在小电流稳定放电的情况下，反应区均匀地分布在负极上，能够被充分应用;但当某些时候，电池有大电流放电时，负极表面的反应区与被不均匀覆盖，导致有些内层的活性点位无法参与反应，这会导致电池在高放电率下快速失去电量。
3.锂电池的自放电锂电池内部的自放电也会导致电池容量的不可逆损失，其原因有可能是因为电池内部发生了一系列不可逆反应。
阳极与电解液发生的不可逆反应（相对主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料，例如锰酸锂阳极与电解液中锂离子的反应）。
阴极材料与电解液发生的不可逆反应（化成时形成的SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀）。
电解液自身所带杂质引起的不可逆反应，以及溶剂中O2发生的反应。
锂离子电池正极材料的失效机制及绿色再生研究
锂离子电池正极材料的失效机制及绿色再生研究在锂离子电池的发展和运用中，正极材料的失效一直是一个重要但又很具挑战性的问题。
随着电动汽车、便携设备和储能系统的不断普及，对于锂离子电池正极材料的研究和再生技术变得尤为紧迫和重要。
本文将从失效机制和绿色再生两个方面来探讨锂离子电池正极材料的相关问题。
一、锂离子电池正极材料的失效机制1. 锂离子电池正极材料的种类在研究锂离子电池正极材料的失效机制之前，首先要了解目前常见的正极材料的种类。
以氧化物为主的正极材料包括氧化钴、氧化镍锰钴、氧化钛等；而以磷酸盐为主的正极材料有磷酸铁锂、磷酸锰锂等。
每种正极材料都有其特定的结构和化学特性，导致了其在使用过程中产生不同的失效机制。
2. 失效机制的研究现状目前，锂离子电池正极材料的失效机制研究主要集中在结构稳定性、容量衰减、循环寿命和安全性等方面。
结构稳定性是指正极材料在锂离子嵌入/脱出过程中结构的稳定性，容量衰减是指循环充放电过程中材料容量的逐渐减小，而循环寿命和安全性则是指电池的使用寿命和安全性能。
3. 失效机制的主要问题在锂离子电池正极材料的失效机制中，容量衰减是一个急需解决的问题。
容量衰减会导致电池续航能力下降和性能不稳定，严重影响了电池的实际应用效果。
目前，针对容量衰减问题的研究主要集中在材料的结构设计、表面包覆和表面修饰等方面。
二、绿色再生研究1. 再生技术的意义随着电子废弃物的增加和资源的日益紧张，绿色再生技术对于锂离子电池正极材料的再生变得十分重要。
通过再生技术，可以实现旧电池中正极材料的有效利用和资源回收，减少对于新资源的需求，从而减轻环境负担。
2. 再生技术的研究现状目前，针对锂离子电池正极材料的再生技术主要包括溶剂萃取法、水热法和物理处理法等。
这些技术在实际应用中都取得了一定的成果，但仍然存在一些问题，如再生产率低、成本高和质量难以控制等。
3. 绿色再生技术的展望在未来，绿色再生技术将会成为锂离子电池产业的重要发展方向。
怎样探究锂离子电池失效的原因
怎样探究锂离子电池失效的原因锂离子电池的应用越来越广泛，要求广大锂离子电池生产企业的生产工艺不仅要能保证锂离子电池具有良好的电性能和安全性能，同时也要有较好的机械性能，从而使锂离子电池更好地适用于各种日常的环境。
有些锂电池会出现失效的状况，如何找到出现这些状况的原因？锂离子电池18650锂电池1取四块电池样品进行实验，通过实验我们得知，导致电池在振动试验后电压降为0V，低于标准规定值，暂时性失效或永久性失效的原因主要有以下几点。
2电池暂时性失效的原因样品1的电池在与检测系统通讯的状态下进行充放电时，会通过一定的频率接收数据信息。
而振动实验中所使用的频率就可能会对电池接收数据信息产生频率干涉，使得内部芯片组内的数据出错，特别是在BMU内部温度和关联的Table(表)受到温度异常的影响时，引起保护线路动作。
目前已有相关报道证实了这一点。
在此种温度值已经发生异常的情况下，可以通过修复相关参数恢复电池的充放电功能。
样品2是由于电池在振动试验中，电池的IC进入睡眠模式，使得电池无法正常输出电压。
之后，通过对电池施加一个适当的外源激活IC，电池又能恢复正常的充放电功能。
3电池的永久性失效的原因样品3和样品4的失效电池无法通过数据修复或外源激活的方法恢复其正常的充放电功能，因此将其拆解后作了进一步研究。
通过拆解样品3的失效电池，发现该电池在组装过程中存在点胶不牢固或虚焊问题，造成内部组件在振动或冲击试验中发生松动，使得电池内部通讯中断，无法正常向外输出电压，导致电池永久性损坏。
4后来企业通过改进工艺，重新送样检测，通过了锂离子电池航空运输条件UN38.3的测试。
通过拆解样品4的失效电池，发现电池在经受比较高频率振动的过程中，电池内部的防电池干扰的垫材会分散移动，使其导电性显著降低，从而产生比较大的静电使得电池保险丝熔断，导致电池无法向外正常输出电压。
5因为导电颗粒的防止静电效果的好坏取决于颗粒的形状和表面结构，不规则和表面粗糙的颗粒的抗静电能力强，在比较高的频率振动的过程中颗粒间若能保持良好的接触，相互导电起到抗静电作用。
锂离子电池基础与常见失效分析(20110805training,Ding)
杂质对电池性能的影响
目前LFP粉料的磁性物质含量控制在10PPM以下。
杂质对电池性能的影响
2、杂质对正极粉料的影响机理
杂质的检测和来源
来源1、原材料
杂质的检测和来源
来源2、电池制造过程
杂质的检测和来源
3. 环境粉尘的标准和检测
杂质的检测和来源
4. 原材料杂质的检测
杂质的检测和来源
5. 电池制造过程的杂质引入
电池的基本原理与组成—负极材料 中间相碳微球（MCMB） MCMB其整体外形呈现球形，为高度 有序的层面结构。它由日本的大阪煤气 公司最先开发生产的。 其在结构和形态方面也具有特有的优势： （力迈动力电池上主要的负极材料）
(1) MCMB本身具有颗粒均匀、比表面积小、呈球状结构、表面光滑的特点。堆积 密度大，可以实现紧密填充，制作体积比容量更高的电池； (2)比表面积小，减少了充电时电解液在其表面生成SEI膜等副反应引起的不可逆容 量损失，还可以提高安全性； (3) 相比人造石墨，MCMB的球形结构可以使锂离子从各个方向上脱出和嵌入，人 造石墨的层状结构在电极制备过程中容易发生择优取向，增加锂离子向石墨层 中扩散的阻力，故MCMB高倍率性能和低温放电性能能显著提高。
杂质的检测和来源
6. 电池制造过程的杂质引入
第三部分 主要失效模式分析
失效模式分析—电极
电极： 对于生产来说，电极控制的几个基本要素分为尺寸，涂敷量，碾压密 度，毛刺等。 尺寸： 决定电池的容量和极组结构（正负极尺寸是如何设计的？）； 涂敷量：衡量电池的活性物质的多少，也就决定了电池的容量特性，同时正 负极的匹配程度也会影响电池的安全性能。 毛刺： 毛刺是各个电池厂家都严格控制的一个影响电池安全质量的重要因素。 浆料固含量：影响电极涂覆过程（如温区、风速、涂覆速度）、极片粘结力、 浆料均一性 粘度：涂敷量的一致性、浆料的均一性、极片粘结力 涂覆温区风速：极片粘结力、极片浸润性、电池内阻、循环 黑白度：极片粘结力、极片浸润性，和粘结力有正相关关系 颗粒、划痕、气泡（正极白点、负极黑点、漏箔）：
锂离子电池失效机制及其防治研究
锂离子电池失效机制及其防治研究随着电动汽车和轻量化设备的崛起，锂离子电池逐渐成为主流的能量储存装置。
然而，锂离子电池的失效机制早已为人所知，这是制约其性能和寿命的关键因素。
本文将探讨锂离子电池失效的原因及其相应的防治研究。
一、锂离子电池的失效机制锂离子电池的失效是由于电解液、电极材料、外部条件等因素的综合作用而发生的。
具体地说，以下五个因素对锂离子电池的失效有着直接或间接的影响。
1.内部堆积内部堆积是由于电池循环过程中，不完全的电子转移所引起的离子堵塞和积累。
这些积累物会导致电池容量的减少，电池的内阻增大，从而使得电池的性能和寿命受到限制。
2.电极腐蚀电极材料的氧化、还原反应会导致电极腐蚀和材料的自然磨损。
由于电极材料的损耗和失效，电池的容量和能量密度会减少。
3.电解液耗损由于电解液的和电极介质的反应，锂离子电池的电解液也会逐渐失效和折旧。
这种耗损导致电池内部有机物质的腐烂，从而影响电池的性能。
4.结构问题电池的结构问题也是一个重要的因素。
退火、组装等过程中，电池的物理结构可能会受到损伤，从而引起电池失效。
此外，电池的设计或制造上的问题，也很容易导致电池的结构问题。
5.外部环境温度、压力等外部环境因素会影响电池的性能和寿命。
高温会促进电极腐蚀和内部堆积的发生。
过低的温度不利于电池的充放电，压力异常也可能会导致电池的损坏。
二、防治措施为了减少锂离子电池的失效，需要采取一定的防治措施。
这些措施可以从以下几个方面入手。
1.材料的改进改进电解液、正负极材料的化学组成和分子结构，可以降低电池的损伤程度和节省电池的功率。
例如，使用氧化钛替代锂铁磷酸盐作为正极材料，可以提高电池的性能和寿命。
2.设计优化将劣质材料和不合适的工艺加工避免进入充电池组装过程中，可以最大限度地减少电池结构问题带来的损伤。
3.管理系统优化电池管理系统的控制方式和算法，可以控制充电参数和放电参数。
这样可以延长电池的寿命，减少电池的内部堆积和电极腐蚀。
锂电失效分析报告
锂电失效分析报告概述本文档对锂电池失效的原因和分析方法进行了详细描述，并提供了一些解决方案和预防措施，帮助读者更好地理解和应对锂电池失效问题。
1. 引言随着移动设备的普及和电动车的广泛应用，锂电池已成为一种主要的电源解决方案。
然而，由于各种因素的影响，锂电池的失效问题频繁出现。
本报告旨在通过分析锂电池的失效原因，并提供一些解决方案和预防措施，以帮助读者更好地了解和解决锂电池失效问题。
2. 锂电池失效的原因锂电池失效可能由多种因素造成，下面是一些常见的原因：2.1 过充或过放锂电池在充电或放电过程中，如果超过其设计容量的限制，就会出现过充或过放现象。
过充或过放会导致电池内部材料结构破坏或电化学反应过程异常，从而引起电池失效。
2.2 温度过高高温是锂电池失效的常见原因之一。
高温环境会造成电池内部材料迅速老化、电解液蒸发、电化学反应加剧等问题，最终导致电池容量下降甚至损坏。
2.3 短路短路是指电池正负极之间或正负极与外部导体之间出现低阻的连接。
短路会导致大电流通过电池，引起电池内部材料热失控，甚至引起电池爆炸。
2.4 机械损伤抗震性能较差或容易受到外界物理力的锂电池容易发生机械损伤，如挤压、撞击、弯曲等。
机械损伤会导致电池内部材料断裂、电极短路等问题，使电池失效。
3. 锂电池失效的分析方法如何分析锂电池失效的原因是解决问题的关键。
以下是常见的锂电池失效分析方法：3.1 观察外观通过观察锂电池外观，可以判断是否存在机械损伤、变形、渗漏等问题。
3.2 电性能测试通过对锂电池的电性能参数进行测试，如容量、内阻、充放电效率等，可以判断锂电池的健康状况和是否存在失效问题。
3.3 微观结构分析通过对失效锂电池的微观结构进行分析，如扫描电子显微镜、能谱分析等，可以判断失效原因是否为内部材料破坏、电解液异常等。
3.4 热分析通过热分析仪器对失效锂电池进行热分析，如热失控温度、热失控速率等参数，可以判断是否存在过充、过放、温度过高等问题。
锂离子电池失效机理分析
锂离子电池失效机理分析作者：黎火林， 贾颖作者单位：北京航空航天大学 北京85信箱1分箱 1000831.学位论文刘勇锂离子电池正极材料LiCoO<,2>失效机理和再生的研究2005本文通过XRD、SEM、TEM、XPS、ICP等结构测试手段以及EIS、CV等电化学研究手段、对商用聚合物锂离子电池循环过程中LiCoO2正极材料的综合研究。
商用聚合物锂离子电池在1C倍率下充放电400周的过程中，均有着良好的电化学容量，但此后容量迅速衰减。
XRD和TEM测试发现在循环过程中LiCoO2正极材料逐渐由六方层状结构(R-3m群)向立方尖晶石结构(Fd3m群)转变。
700周循环之后，ICP分析结果显示Li+的相对含量也降低至约0.59，结合XPS测试显示的正极材料表面Co3+2p轨道结合能增大，也证明正极材料发生了上述结构变化。
另外，EIS和CV测试显示出正极材料电化学性能的降低。
根据上述失效机理，研究了用水热法并继之以微波加热处理的方式对失效LiCoO2正极材料进行再生处理。
XRD显示，经过上述处理，样品由尖晶石结构恢复到层状结构，其初始充放电容量达到160mAh/g，且循环性能相对较好。
2.学位论文樊小勇锂离子电池锡基负极材料的电化学制备及性能研究2007锡和锡基合金具有高的质量比容量和体积比容量，是下一代锂离子电池负极材料的研究热点之一。
其主要缺陷在于嵌锂过程中体积膨胀导致活性材料粉化脱落，循环性能不好。
目前解决的主要方法有：(1)制成纳米材料；(2)与活性或非活性元素合金化；(3)用活性或非活性材料包覆。
除此之外，对集流体的表面形貌、多孔性和电极/电解质界面性质的深入认识也是提升合金电极电化学性能的重要内容。
本论文发明了非氰化物电镀制备Cu6Sn5合金的方法，解决了一直以来难以用电镀法获得高锡含量的锡铜合金的难题。
重点研究了不同集流体对锡基合金材料电化学循环性能的影响，和锡基合金电极与商业电解液的相容性，特别是运用电化学阻抗谱研究合金电极的相变过程和表面SEI膜的性质。
锂电池安全问题及失效分析
锂电池安全问题及失效分析摘要：在日常的使用当中，锂电池比较容易发生火灾爆炸等事故，之所以产生这样的危险事故，其本质原因是锂电池的有机材料所致。
电池在使用和储存的过程当中均有可能发生起火爆炸的事故，另外还会出现容量衰减、内阻增大、产气、漏液等异常情况，这些情况大大的降低了锂电池的使用性能，同时锂电池的可靠性与安全性也会受到严重的影响，通过对锂电池失效原因开展深入探究对未来锂电池性能的提升和相关技术的发展有着极为重要的意义。
关键词：建筑装饰；新技术；新工艺；施工分析1锂电池失效产生途径1.1内部短路在日常的锂离子电池使用当中，内部短路问题是其安全问题中一项极为重要的威胁，当前在大多数的锂电池安全问题当中，内部短路问题占比极高。
内部短路问题产生的原因是由于电池内部正负极发生点短路所致，当锂电池的正负极之间发生短路时，在短路点会产生热量，因为隔膜的材料特性，当温度升高后隔膜熔融，短路面积持续扩大，最终造成大面积短路，电池的电压骤降而温度迅速上升，从而诱发起火甚至爆炸。
由于短路对安全的影响极其重要，在整个电池的生产制造过程中都会严格控制金属颗粒和粉尘，降低短路的可能性。
1.2电路故障为了做好锂离子电池的相关保护，在电池的宿主设备或者适配器设置中会有充放电管理电路存在，甚至在部分的设备中还会有放电的负载电路。
为了对锂离子电池做好相应的保护，在电池的PACK封装过程当中，厂家还会在相应的设备当中加入保护电路板，但这些电路的存在会使得电池组以及外部极有可能在使用过程当中出现使用故障，常见的故障中包含有过充、过放、外部短路等情况，这些情况在一定情况下可能会使得电池发生过热、爆炸等类型的危险事件。
电池发生在过充后在内部会产生剧烈的化学反应，在一系列的反应发生的同时会伴随有大量的热产生，热量的聚集会导致隔膜失效，从而使得电池内部发生热失控。
过放会使电池的电压出于低于规定的放电截止电压，在低电压情况下，电解液会进一步分解进而形成大量的气体，内压突增，从而使电池外壳膨胀，最终导致漏液情况的发生。
锂离子电池热冲击实验及失效原因分析
锂离子电池热冲击实验及失效原因分析截止今天，锂离子电池的应用已经取得了巨大的成功，特别是其广泛应用在了在移动电子产品。
但不能忽视的是，自从锂离子电池大规模商业化推广以来，与其相关的安全事故就几乎没有停止过。
锂离子电池的安全性已经成为制约其进一步发展的关键因素。
鉴于电池材料体系、制造过程一致性等原因，对锂离子电池进行安全性检测将非常的重要。
目前针对锂离子电池的安全检测标准在不断的更新中，但其基本安全检测模式已经成型，各种常见的检测项目也已被广泛接纳和采用。
在安全检测项目中，每个检测项目都模拟了一种用户在使用过程中可能会发生的误（滥）用情况。
如过充电测试模拟的是保护电路板失效的情况。
由于模拟的情况不同，锂离子电池各个安全测试项目的难度显然是不同的。
根据摩尔实验室（MORLAB）的以往检测经验，过充电、150℃热冲击、针刺、挤压、高温短路、重物冲击等是经常发生失效（Fail）的项目。
由于内容设计面较多，因此我们将分期介绍并分析各种锂电池测试项目的相关程序、标准要求、失效原因以及对应的解决方案。
本期我们主要讲一下锂电池的热冲击测试项目。
热冲击：以CTIA 关于符合IEEE1725标准的认证程序为例，其中与热冲击有关的条款：Section 4.2：Test Procedure: 5 cells at 80% +/- 5%SOC to be placed in oven at ambienttemperature. The oven temperature shall be ramped at 5 ± 2°Cper minute to 150 ± 2°C. After 10 minutes at 150 ± 2°C, the test iscomplete.Compliance: No fire, smoke, explosion or breaching of the cell is allowed within the first 10 minutes. Venting is permitted.Section 4.50：Test Procedure: 5 fully charged cells (per cell manufacture's specifications) shallbe suspended (no heat transfer allowed to non-integral cellcomponents) in a gravity convection or circulating air oven atambient temperature. The oven temperature shall be ramped at5 ± 2°C per minute to 130 ± 2°C. After 1 hour at 130 ± 2°C, thetest is ended.Compliance: Cells shall not flame or explode when exposed to 130°C for 1h.热冲击项目分析：目前标准中热冲击项目要求不尽相同，最常见的是热冲击到130°C并保持1小时。
Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn0.2)O_(2)锂离子电池常温失效机理
压平台不断向高电位移动;放电的电压平台不断向低电位移
动。 电压平台的偏移过程,反应了电芯极化的增大过程。
2. 2 阻抗分析
根据文献报道,极化增加是电池容量衰减的主要因素之
一,通常用阻抗来衡量电池的极化程度[3] 。 将电芯充电至半
电态[50%荷电状态( SOC) ] 进行 EIS 测定[5] ,结果见图 3。
Abstract:Failure mechanism of Li( Ni0. 6 Co0. 2 Mn0. 2 ) O2 Li-ion battery cycling at normal temperature was studied. By comparing the
electrochemical impedance spectroscopy,charge-discharge curves,material structure and particle morphology of the battery before, during and after cycle,it was found that the failure reasons were the increase of charge transfer impedance,the formation of internal microcracks caused by the crushing of secondary particles in the cathode,the dissolution of transition metal elements and deposition on the anode. By controlling the change of cathode volume,reducing the generation of internal microcracks,preventing the dissolution and deposition of transition metal elements,the service life of the battery could be prolonged.
超全面锂电池失效分析与探讨
超全面锂电池失效分析与探讨发布时间：2023-01-11T03:59:34.615Z 来源：《中国建设信息化》2022年8月16期作者：龚永锋[导读] 失效，即产品所规定功能丧失，对于可修复处理产品，被称为是故障。
龚永锋东莞锂威能源科技有限公司广东东莞 523000[摘要]失效，即产品所规定功能丧失，对于可修复处理产品，被称为是故障。
在一定程度上，失效问题产生后，会引发一系列安全隐患及经济损失。
那么，锂电池产生失效问题，通常指的是某特定本质因素所致电池基本性能发生衰减情况，或是基本使用性能出现异常状况。
倘若锂电池产生失效问题，则必然会严重威胁着其使用性能和寿命。
故本文主要探讨锂电池失效分析，仅供参考。
[关键词]锂电池；超全面；失效分析；前言：针对锂电池产生失效情况，大体上以性能失效、安全性能失效这两类为主。
性能失效，即锂电池自身性能与使用要求、各项指标不符，如存在着容量跳水或衰减、高低温特性衰减、自放电大、较差倍率性、较短循环寿命等失效表现；针对安全性能失效层面，即因滥用锂电池或是使用不当，致使安全风险产生，失效表现包含着热失控、膨胀形变、短路、析锂、漏液、胀气等。
可以说，锂电池总体失效分析属于极具复杂性的一个过程，所需掌握理论及实践技能相对多。
那么，为更好地开展失效分析相关工作，对锂电池开展超全面的失效分析较为必要。
1、锂电池的主要失效成因与分析难点1.1在失效成因层面失效分析，主要是伴随着失效问题现象所产生的，用于判定及预防失效问题的发生。
失效分析，属于判断分析产品失效情况的重要模式或手段，更是通过对失效成因实施分析，对失效问题现象进行有效预测及预防的一种技术手段或管理活动。
针对锂电池实施失效分析，可以对失效问题现象发生实现有效预测和预防，为企业实现更多经济及社会效益的获取提供基础保证。
失效现象，通常以显性及隐性为主。
显性，即能够直接观测到基本特征及其表现，如失效问题产生现场，经目视分析能够观察到锂电池整个表面结构存在着形变及破碎问题，具体表现包含着发热、起火燃烧、漏液、变形、鼓胀、塑料材质高温熔化变形、漏焊及虚焊、封装材料表面毛刺、封装材料畸变或破损等[1]；所谓隐性的失效现象，即无法直接观测得到，需经拆解分析之后，或是经相应模拟实验当中所展示特征及其表现，如实验室内径拆解检测后获取微观失效情况、模拟电池当中的电学信息。
锂离子电池循环性能失效研究
Vol．15 No．1
35
Feb．2010
电池工业
王彩娟，等：锂离子电池循环性能失效研究
Chinese Battery Industry
2 结果与讨论 2.1 检测结果
2 号 、3 号 、4 号 、5 号 的 各 12 个 样 品 在 50 次 循 环后，仍能正常充放电。
1 号的 12 个样品进行 50 次充放电循环，在 2－3 个循环时，均出现异常，无法正常充放电。 外部激活 无效后，拆解出一个电池的组成电池芯（含 4 只），作 进一步分析。
锂离子电池爆炸事件频发， 使得锂离子电池的 安全性能备受关注。 商业化锂离子电池的循环性能 是消费者考量电池质量的主要指标。 文章研究了部 份笔记本电脑用锂离子电池循环性能失效的原因， 以期广大锂离子电池企业能进一步提高和完善电池 生产工艺。
1 实验部分 1.1 实验样品与设备
实 验 样 品 ：1 号 笔 记 本 电 脑 电 池 ，7.3V，2 200
参考文献： [1] ST/SG/AC. 10/11/Rev.4 38.3， 联合国关于危险货物运输的建
议书 标准和试验手册[M].
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2.2 原因分析 2.2.1 卷绕式圆柱形锂离子电池的结构
卷绕式圆柱形锂离子电池的结构如图 2 所示。 负极是涂覆了碳类活性物质的铜箔， 正极是涂覆了 锂化的金属氧化物的铝箔， 正负极通过微孔聚乙烯 或聚丙烯隔膜分隔开。 有机溶剂和锂盐组成的电解 液是锂离子在充放电过程中进行传递的介质。 2.2.2 电池失效的原因
快速充电时，电流密度过大，负极严重极化，锂 的沉积会更加明显。 这种情况容易发生在正极活性
3 结论 依据 ST/SG/AC. 10/11/Rev.4 38.3《联合国关于危
锂离子电池失效研究
42
2020 年第 1 期
第 47 卷第 1 期 Vol.47 No.1
时代农机
TIMES AGRICULTURAL MACHINERY
2020 年 1 月 Jan. 2020
离子电池产品而言，在其累计充放电循环次数达到 500 次条件下，其实际放电容量测定值不应低于初 始状态总放电容量的 90.00%，或者是在其累计充放 电循环次数达到 1000 次条件下，其实际放电容量 测定值不应低于初始状态总放电容量的 80.00%，如 果锂离子电池在标准循环过程中发生放电容量急 剧下降现象，通常可以判定锂离子电池发生电能存 储容量衰减失效问题。
2 锂离子电池失效问题的处置策略
2.1 合理控制内阻 锂离子电池应用方案设计人员，要切实提升对内
阻因素影响作用的重视力度，致力于在具体设计形成 锂离子电池产品应用方案过程中，借由运用科学方法 测定内阻参数，合理设定符合锂离子电池产品应用技 术需求的内阻参数控制干预方案，支持锂离子电池产 品能够稳定发挥最优化的技术使用寿命。
在针对锂离子电池产品的使用性能状态展开
作者简介：简斌（1977-），男，江西新余人，博士，工程师，研究 方向：新能源学本科，助教，研 究方向：新能源汽车技术。 胡志荣（1977-），男，江西宜丰人，讲师，研究方向： 机电工程。
检测过程中，应当重点关注其循环周次，并且锂离 子电池在充电-放电循环过程中，自由电子的传输 过程和离子传输过程，均会在一定程度上对锂离子 电池的内阻大小造成变化。
第 47 卷第 1 期 Vol.47 No.1
时代农机
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纽扣型锂电池失效研
究
纽扣型锂电池失效研究
【摘要】文章简要介绍了锂电池的基本失效模型，锂电池的速率容量效应。
探讨了纽扣型锂电池的内部自放电机理，从产品制造工艺过程的角度分析了可能产生内部失效的原因。
【关键词】锂电池;速率容量效应;自放电;隔膜刺穿;点焊
锂离子电池失效模式主要有：容量衰减，泄气或漏液，集流体腐蚀，热失控等。
其中容量衰减是最常见的失效模式，导致这一失效产生的因素很多：在电极方面，反复充放电使电极活性表面积减少，电流密度提高，极化增大;在电解质溶液方面，电解液或导电盐分解导致其电导率下降，分解物造成界面钝化。
此外，隔膜阻塞或损坏，电池内部短路等也会缩短电池的寿命。
1.锂电池失效模型
目前的研究认为温度和工作电流是加速锂离子电池容量衰减的两个重要应力，并有试验验证了失效的模型。
在相同温度条件下，锂离子电池的寿命与放电电流的关系基本遵从电应力为加速变量的加速模型：
（1）
式（1）即为锂离子电池的基本失效模型，在双对数坐标系上，锂离子电池失效与放电电流也为线性关系。
2.锂电池的速率容量效应
锂电池具有速率容量效应，指的是电池实际容量会随着负载的不同而不同，负载越大，电池的容量越小。
其原理是，电池的寿命很大程度上取决于负极上可反应区域的状态。
在小电流稳定放电的情况下，反应区均匀地分布在负极上，能够被充分应用;但当某些时候，电池有大电流放电时，负极表面的反应区与被不均匀覆盖，导致有些内层的活性点位无法参与反应，这会导致电池在高放电率下快速失去电量。
3.锂电池的自放电
锂电池内部的自放电也会导致电池容量的不可逆损失，其原因有可能是因为电池内部发生了一系列不可逆反应。
阳极与电解液发生的不可逆反应（相对主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料，例如锰酸锂阳极与电解液中锂离子的反应）。
阴极材料与电解液发生的不可逆反应（化成时形成的SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀）。
电解液自身所带杂质引起的不可逆反应，以及溶剂中O2发生的反应。
类似的反应不可逆的消耗了电解液中的锂离子，进而损失了电池容量。
其中以电解液中杂质的不可逆反应尤为常见。
另外，在电池的制造过程中，杂质混入造成的微短路也会引起不可逆反应，这一现象是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。
空气中的粉尘或者在生产极片、隔膜时沾上的金属粉末都会造成电池内部微短路。
由于生产时绝对的无尘是做不到的，所以这种可能性是必然存在的。
当粉尘不足以达到刺穿隔膜进而使正负极短路接触时，其对电池的影响并不大;但是当粉尘严重到刺穿隔
膜这个“度”时，对电池的影响就会非常明显。
由于有是否刺穿隔膜这个“度”的存在，因此在测试大批电池自放电率时，经常会发现大部分电池的自放电率都集中在一个不大的范围内，而只有小部分电池的自放电明显偏高且分布离散，这些就是隔膜被刺穿的电池。
一般数码产品里面，做电源用的纽扣电池需要焊在线路板（PCBA）上，故必须在纽扣电池表面有可焊的焊片（连接片）;但纽扣电池表面通常为不锈钢，是不能直接焊锡的，所以厂家会把镀镍或镀锌的焊片点焊在纽扣电池上，以方便使用纽扣电池的工厂进行焊锡。
纽扣电池焊片的点焊控制难度比较大，主要原因为纽扣电池太薄，且负极锂片是直接与电池负极外壳相连的，而点焊是一个典型的瞬间电流和热量都很大的过程，所以很容易发生电池内部隔膜烧穿，造成内部正负极片短路，在极短时间内将电量放完。
点焊时产生的热量可以表示为Q=I2Rt。
其中，Q为产生的热量（J），I代表焊接电流（A），R为电极间电阻（Ω），t为焊接时间（s）。
由式可见，电流I对产热的影响比电阻和时间两者都大，因此在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。
当工件和电极一定时，工件的电阻R取决与它的电阻率。
因此，电阻率是被焊材料的重要性能。
电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。
因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易。
点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。
为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间t与焊接电流在一定范围内可以相互补充。
为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。
选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。
除上述三个参数对点焊性能的影响之外，由于焊接电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，故也是焊接热量的影响因素。
一般随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。
因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。
解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。
为了避免点焊过程中过大的热量烧穿内层隔膜，制造企业必须根据电池外壳和焊片的材料性能、点焊机的电极压力和功率输出等因素综合设定焊接参数，减少报废。
4.结论
锂离子电池失效寿命与放电电流为线性关系。
速率容量效应显示，当负载越大，电池的容量越小，原因电池的寿命和负极上可反应区域的分布直接相关，当电池有大电流放电时，负极表面的反应区与被不均匀覆盖，故实际参与反应的面积低于理论值。
锂电池内部阴阳级均和电解液可以发生不可逆反应，而电解液中的杂质也会和溶剂反应，消耗电解液中的锂离子，进而损失了电池容量。
电池制造过程
中的杂质的混入也有可能导致隔膜被刺穿，进而引起电池内部短路，造成自放电，影响产品的寿命。
纽扣性锂离子电池在点焊焊片过程中，其产生的热量和点焊电流，电阻及时间有直接关系，为减少点焊烧穿的风险，在设定点焊参数时，必须根据实际情况设定焊接电流和时间，同时保证焊接质量。
参考文献
[1]Abraham D P， Knuth J L， DeesD W.Performance degradation of high-power lithium-ion cells-electroc-hemistry of harvested electrodes[J].Journal of Power Sources，2007，170（2）：465 -475.
[2]刘明志.可靠性试验[M].北京：电子工业出版社，2004： 75-80.
[3]贾颖，黎火林.锂离子电池失效率模型的探讨[J].北京航空航天大学学报，2008，34（8）：973-985.。