Im Kontext der Energiekrise und der Umweltverschmutzung haben Lithium-Ionen-Batterien als ideale Energiequelle für die Entwicklung des 21. Jahrhunderts immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen, allerdings werden Lithium-Ionen-Batterien bei Produktion, Transport und Nutzung einige Mängel aufweisen. Der Ausfall eines einzelnen Akkus kann die Leistung und Zuverlässigkeit des gesamten Akkus beeinträchtigen und sogar dazu führen, dass der Akku nicht mehr funktioniert oder andere Sicherheitsprobleme auftreten.
In den letzten Jahren gab es viele Batterie-bezogene Feuer und Explosion Unfälle im In-und Ausland: der US Tesla Model S Elektroauto Feuer Unfall, der Samsung Note7 Handy Batterie Feuer Unfall, der Wuhan Fute elektronischen Fabrik Feuer, der Tianjin Samsung SDI Fabrik Feuer, etc ...
1 Lithium Batterie Fehler Klassifizierung
Um die oben genannten Leistungseinbußen und Batteriesicherheitsprobleme zu vermeiden, ist es zwingend erforderlich, eine Analyse der Lithium-Batterie-Fehler durchzuführen Lithium-Batterie-Ausfall bezieht sich auf die Verschlechterung der Batterieleistung oder Leistungsanomalität, die durch bestimmte wesentliche Gründe verursacht wird. Sexuelles Versagen.
Klassifizierung von häufigen Lithium-Batterie-Ausfällen
2 Gründe für den Ausfall der Lithiumbatterie
Die Gründe für das Versagen von Lithium-Batterien können in interne und externe Ursachen unterteilt werden.
Interne Faktoren beziehen sich hauptsächlich auf die physikalische Physik des Versagens, die Art chemischer Veränderungen, und der Forschungsmaßstab kann auf die atomare, molekulare Skala, Thermodynamik und Dynamik des Fehlerprozesses zurückgeführt werden.
Zu den externen Faktoren gehören äußere Faktoren wie Stoß, Akupunktur, Korrosion, Hochtemperaturverbrennung und Vandalismus.
Interne Situation des Versagens der Lithiumbatterie
3 gemeinsame Versagen Lithiumbatterieleistung und Ausfallmechanismus Analyse
Kapazitäts-Fading-Ausfall
‚Wenn der Standardzykluslebensdauertest, die Anzahl der Zyklen erreicht 500mal die Entladungskapazität von nicht weniger als 90% der Anfangskapazität sein soll. Oder 1000-mal die Anzahl der Zyklen erreicht die Entladungskapazität von nicht weniger als 80% der Anfangskapazität‘, wenn der Bereich des Standardzyklus innerhalb der Kapazität von einem starken Rückgang des Kapazitätsschwund Phänomen gehört zum scheitern verurteilt.
Roots Batteriekapazität Zerfall Versagen, dass das Versagen des Materials, während sie in engen Kontakt mit dem objektiven Faktoren Zellenherstellungsprozess, die Batterieumgebung. Aus stofflicher Sicht, die Ursache für den Ausfall der Hauptstruktur des Kathodenmaterial Versagens, die negativen Elektrodenoberfläche WäRE Überwucherung, Verschlechterung und Zersetzung des Elektrolyten, Korrosion des Stromabnehmers, Spurenunreinheiten und andere Systeme.
Strukturelles Versagen des positiven Elektrodenmaterials: Das Versagen der Materialstruktur der positiven Elektrode umfasst Teilchenbruch des positiven Elektrodenmaterials, irreversiblen Phasenübergang, Materialunordnung usw. LiMn2O4 wird durch den Jahn-Teller-Effekt während des Ladens und Entladens verzerrt, und selbst Teilchenbruch kann auftreten. Der elektrische Kontakt zwischen den Teilchen versagt.Das LiMn1,5Ni0,5O4-Material unterliegt während des Ladens und Entladens einem "tetragonal-kubischen System" -Phasenübergang.LiCoO2-Material tritt während des Lade- und Entladeprozesses aufgrund des Übergangsvon Li in Li ein. Layer, was dazu führt, dass die geschichtete Struktur chaotisch ist und ihre Spielkapazität einschränkt.
Negatives Anodenmaterialversagen: Das Versagen der Graphitelektrode tritt hauptsächlich auf der Graphitoberfläche auf, und die Graphitoberfläche reagiert mit dem Elektrolyten, um eine Festelektrolytgrenzflächenphase (SEI) zu erzeugen.Wenn übermßiges Wachstum den Lithiumionengehalt in dem internen System der Batterie verringert, ist das Kapazitätsverminderungsergebnis. Der Ausfall von Silizium-Anodenmaterialien ist hauptsächlich auf die zyklischen Leistungsprobleme zurückzuführen, die durch seine enorme Volumenexpansion verursacht werden.
Elektrolytversagen: LiPF6 hat eine geringe Stabilität und ist leicht zu zersetzen, um den transportierbaren Li + -Gehalt im Elektrolyten zu reduzieren.Es reagiert auch leicht mit Spurenwasser im Elektrolyten, um HF zu bilden, was Korrosion in der Batterie verursacht.Eine schlechte Luftdichtigkeit verursacht Elektrolytverschlechterung. Die Viskosität und Chromatizität des Elektrolyten ändern sich, was schließlich zu einer starken Abnahme der Transport-Ionen-Leistung führt.
Kollektor failure: Korrosion des Stromabnehmers, der Stromabnehmer verringert Adhäsionsversagen der Elektrolytlösung erzeugen HF Korrosion des Stromabnehmers führen wird, um eine Verbindung zu bilden, schlecht leitenden, was zu erhöhten ohmschen Kontakt oder Ausfall des aktiven Materials während des Ladens und Entladen Cu .. auf niedriges Potential, nachdem die Folie gelöst ist, auf der Oberfläche der positiven Elektrode abgeschieden wird, die ‚abgeschiedenes Kupfer‘ Kollektor genannt wird, ist eine übliche Form des Ausfalls der Bindungskraft zwischen der Flüssigkeit und der Wirkstofffreisetzung ist nicht genug, um Blei aktives Material, kann die Batterie nicht zur Verfügung gestellt werden, Kapazität.
Erhöhter interner Widerstand
Lithium Widerstand erhöht die Energiedichte wird durch eine Abnahme, Spannungs- und Leistungsverlust, Wärmeerzeugung und anderen Batterieausfälle begleitet sein. Die Hauptfaktoren führen zu internem erhöhten Widerstand der Lithium-Ionen-Batterie in die Batteriezellenmaterialien und die Anwendungsumgebung.
Schlüsselmaterialien der Batterie: Mikroriss und Bruch des positiven Elektrodenmaterials, Beschädigung des negativen Elektrodenmaterials und Oberflächen-SEI ist zu dick, der Elektrolyt wird gealtert, das aktive Material wird von dem Stromkollektor getrennt, und der Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem leitfähigen Additiv wird verschlechtert (einschließlich Verlust des leitfähigen Additivs), Das Membranschrumpfungsloch ist blockiert, das Batterieohr ist abnormal verschweißt.
Batterieumgebung: Umgebungstemperatur ist zu hoch / niedrig, Überladung und Überentladung, hohe Rate Ladung und Entladung, Herstellungsprozess und Batteriedesignstruktur.
Interner Kurzschluss
Ein interner Kurzschluss verursacht häufig eine Selbstentladung der Lithium-Ionen-Batterie, Kapazitätsdämpfung, lokales thermisches Durchgehen und Sicherheitsunfälle.
Ein Kurzschluss zwischen dem Kupfer / Aluminium-Stromsammler: eine Metallfremdkörper oder die Elektrode des Batteriescheider während der Herstellung oder Verwendung untrimmed, Akku oder das Polstück piercing verschoben aufgrund der positive Elektrodenstreifen, einem negativen Stromkollektor durch die Berührung verursacht wird.
Shorting verursachte durch Membranbruch: Membran getragen wird, bricht die Membran Membran Korrosion verursacht Membranausfall, Ausfall Membran werden ein Elektron isolierende oder Hohlräume verliert Botschafter positiven, negativen Mikrokontakt, und ein teilweise schweres Fieber, weiterhin das Laden und Entladen wird verstreuen führen, zu thermal runaway.
Verunreinigungen führen zu einem Kurzschluss: eine positive Elektrode Aufschlämmung wird mit Übergangsmetallverunreinigungen verursachen kann nicht gereinigt oder dazu beitragen, das Septum negativen Lithium-Dendrit-Bildung in einem Kurzschluß resultierende zu durchstechen.
Kurzschluss durch Lithium-Dendriten: Lithium-Dendriten treten an Stellen auf, an denen lokale Ladungen während langer Zyklen nicht gleichmäßig sind, und Dendriten passieren die Membran und verursachen interne Kurzschlüsse.
Bei der Auslegung der Batterie oder dem Montageprozess des Batteriepakets ist die Auslegung unangemessen oder der Partialdruck zu groß, was zu einem inneren Kurzschluss führen kann Der innere Kurzschluss kann auch unter der Induktion von Batterieüber- und Überentladung auftreten.
Gasproduktion
Der Verbrauch der Elektrolytlösung stabil SEI-Film Begasung Erscheinungen bilden, die in den Zellen in einem normalen Prozessgas, aber übermäßigen Verbrauch des Elektrolyten oder Kathodenmaterial Ausgasungen Sauerstoff freisetz abnorme Erscheinung treten oft gehör abzulassen erscheint in den weichen Paket Batterien , wird der interne Druck der Batterie ist zu groß und verformt, brechen die Aluminiumfolie der Verpackung, die internen Zellkontakt Probleme.
Analyse der Gaszusammensetzung von normalen Zellen und defekten Zellen
Spuren von Wasser in dem Elektrolyten oder das aktiven Elektrodenmaterial nicht getrocknet, was zu einer Zersetzung des Elektrolyten Lithiumsalz HF, Al und die Korrosion der Stromabnehmers Beschädigung Bindemittel, zur Erzeugung von Wasserstoff. Bringt Spannungsbereich aufgrund des Elektrolyten linear / zyklischen Die Ester oder Ether werden elektrochemisch zersetzt, wodurch C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, CO2 usw. entstehen.
Thermisches Durchgehen
Thermal Runaway bezieht sich auf eine teilweise oder totale interne Lithiumionen-Batterietemperatur steigt schnell Wärme nicht abgeführt werden kann, eine große Menge ansammeln innen und weitere Nebenreaktionen induzieren. Lithium Faktoren thermal runaway nicht normalen Betriebsbedingungen induzieren, das heißt Missbrauch, Kurzschluss, hohe Rate, hohe Temperatur, Extrusion und Akupunktur.
Gemeinsames thermisches Verhalten in der Batterie
Lithium
Analyse von Lithiummetall Lithium auf der negativen Elektrodenoberfläche d.h. die Batterie abgeschieden, Lithium ein weit verbreitetes Phänomen des Altern Versagen ist. Die Analyse der Lithium-Ionen-Batterie, um das interne aktive Lithium reduziert, tritt die Kapazität des Versagens und die Bildung von Dendriten durchsticht das Septum, werden sie führen zu lokale Strom und übermäßige Hitze, was schließlich zu Batteriesicherheit.
Gemeinsame Bildanalyse Lithiumbatterieausfall
Chinas Schadensanalyse wurde systematisch im Bereich der Maschinen und der Luftfahrt entwickelt, aber nicht systematisch im Bereich der Lithiumbatterien untersucht, Batterieunternehmen und Materialhersteller haben Untersuchungen zur Fehleranalyse von Lithium-Ionen-Batterien durchgeführt, aber mehr Gewicht auf die Herstellung von Batterien gelegt. Und Forschung und Entwicklung von Materialien zur Verbesserung der Batterieleistung und Reduzierung der Batteriekosten als direktes Ziel .. Zukünftige Forschungsinstitute und verwandte Unternehmen können die Zusammenarbeit und den Austausch stärken und versuchen, den Ausfallbaum und Fehleranalyseprozess von Lithium-Ionen-Batterieversagen zu etablieren und zu verbessern.
