锂电池失效试验分析，盐雾测试马口铁
锂电池的失效原因并不总能与失效一一对应, 存在“一对多”、“多对一”和“多对多” 的关系。某一失效原因可能在时间跨度中有不同的表现,例如充放电制度异常导致大电流充放电,开始可能会表现出极化较大,中间阶段会因锂枝晶的析出导致内短路, 随后伴随着锂枝晶的分解与再生,后可能会出现热失控。某一失效原因可能会发生多种截然不同的失效, 例如局部过渡金属的析出,可能会产生气体,形成鼓胀的失效表现,但也可能因为内短路形成局部发热,进而导致隔膜收缩,引起大面积的热失控。某一个失效现象可能对应着多种失效原因,例如容量衰减究其失效机理有材料结构变化、微结构破坏、材料间接触失效、电解液失效或分解、导电添加剂失效等。
图3 锂电池内部失效情况
失效分析分为两个方向: 其一为基于锂电池失效的诊断分析, 是以失效为出发点, 追溯到电池材料的失效机理,以达到分析失效原因的目的; 其二为基于累积失效原因数据库的机理探索分析, 是以设计材料的失效点为出发点,探究锂电池失效发生过程的各类影响因素, 以达到预防为主的目的.
锂电池的诊断分析以锂电池失效为出发点,根据电池的失效表现,对电池进行电池外观检测、电池无损检测、电池有损检测以及综合分析。面对实际案例时,需要根据不同情况对分析流程及***进行调整和优化。以容量衰减电池失效分析为例(如图4所示),结合失效表现和使用条件细化失效行为,并提供相应分析侧重点。如正常循环衰减,则后期分析注重于材料结构变化、SEI过度生长以及析锂等因素。通过对失效电池外观检查,确定是否存在外部结构变化或电解液外漏等因素.无损检测主要包括微米X射线断面扫描(XCT)和全电池电化学测试。通过无损检测分析的结论,确认内部结构变化情况、量化失效行为、选择***、调整分析流程。例如,对比图5中某款LiFePO4/C失效电池和新鲜电池全电池充放电曲 线分析显示放电容量衰减21%, 对充放电曲线处理得到容量增量(IC)曲线,根据曲线峰位整体向高电位移动,表明存在材料结构变化引起锂脱嵌难度增加,结合3.27 V和3.32V处更为明显的峰强变化,表明该电池容量衰减主要是由于活性锂源损失及活性材料结构破坏,并且佐证了分析侧重点。所谓电池有损检测是指通过电池拆解、极片观察及材料测试分析来确定正负极片、活性材料以及隔膜等因素在电池失效中的作用.其中材料的测试分析则以物化性能和电化学性能测试为主.例如对上述LiFePO4/C失效电池极片进行扫描电子显微镜(SEM)形貌测试结果显示正极材料有明显的结构破坏,X射线衍射(XRD)结构谱图中18.5？和31？峰强的增加揭示了Fex(POy)相的增加,即正极材料存在相变现象(如图6所示)。对极片表面进行X射线光电子能谱(XPS)分析,以及对极片进行半电池测试则能够定性和定量分析极片表面SEI和容量损失。后得出定性或定量的失效原因,并提供分析报告。锂电池失效机理研究是通过大量基础科研,以及构建合理模型和验证实验,准确模拟分析电池内部复杂的物理化学反应过程,找出电池失效的本质原因,构建失效原因数据库。电池机理分析可能会从不同角度去开展,包括设计材料角度和设计失效角度。