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盤點鋰電池失效分析的難點
閱讀：268 發(fā)布時間：2023-2-21
鋰電池失效原因與失效之間并不是簡單的“一對一”模式，還有“一對多”、“多對一”、“多對多”等多維關(guān)系。
此外，引起鋰電池失效的原因分為內(nèi)因和外因，可以是來自組成材料本身的結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)的變化，也可以是設(shè)計制造、使用環(huán)境、時間跨度等復(fù)雜因素。因此，鋰電池的失效原因和失效之間的構(gòu)效關(guān)系十分復(fù)雜。
例如，正/負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)變化或破壞，都會產(chǎn)生容量上的衰減、倍率性能下降、內(nèi)阻增大等問題；隔膜老化、刺穿是電池內(nèi)短路的重要因素；電池的設(shè)計，極片涂布、滾壓、卷繞等過程都直接與電池容量及倍率性能的發(fā)揮密切相關(guān)；高溫環(huán)境會導(dǎo)致電池電解液發(fā)生分解變質(zhì)，也會引起容量衰減、內(nèi)阻增大、產(chǎn)氣等問題。
故想用單一失效原因去描述并剖析失效是不正確的，且需要用定量角度剖析多種失效原因在某一階段的影響權(quán)重和主次關(guān)系，才能對失效電池進行準(zhǔn)確的評估，并針對性地提出合理的措施。
鋰電池本身就是屬于現(xiàn)代控制論中的灰箱（灰色系統(tǒng)），即對其內(nèi)部物理、化學(xué)變化機理及熱力學(xué)與動力學(xué)過程不是完全了解。
鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)、溶劑、導(dǎo)電劑、黏結(jié)劑、集流體、極耳等組成。電池制備流程包含前段、中段、末段三部分，包括打漿、涂布、烘干、輥壓、分條、配片、模切或卷繞、入殼、極耳焊接、注液、封口焊接、化成分容等步驟。
但各個關(guān)鍵材料之間并不是獨立存在的，各個制備步驟也不是獨立存在，它們之間是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，且會因應(yīng)用領(lǐng)域的改變而發(fā)生較大變化。
常見的鋰電池負(fù)極材料有天然石墨、人造石墨、中間相碳微球MCMB、Li4Ti5O12、軟碳、硬碳、硅負(fù)極、SiOx-C負(fù)極、金屬鋰、復(fù)合金屬鋰等。
根據(jù)不同的使用環(huán)境和要求，選擇不同的正負(fù)極體系，配以適當(dāng)?shù)碾娊庖后w系及其他輔助材料，在合適的制備流程下，做成滿足使用需求的各類形式鋰電池。
合格的鋰電池會應(yīng)用到各行各業(yè)，尤其在電動汽車、船舶、航天航空等領(lǐng)域。從材料制備到產(chǎn)品使用的過程充滿著可變性、復(fù)雜性。
因此，對鋰電池失效分析不能僅局限于電池關(guān)鍵材料的失效，同時要對材料結(jié)構(gòu)、合成加工、性能設(shè)計、制造流程、服役情況、失效表現(xiàn)等進行綜合考慮。