В контексте энергетического кризиса и загрязнения окружающей среды литий-ионные батареи привлекают все больше внимания как идеальный источник энергии для развития 21-го века. Однако литий-ионные батареи будут иметь некоторые отказы во время производства, транспортировки и использования. Неисправность одной батареи может повлиять на производительность и надежность всего батарейного блока, а также может привести к тому, что аккумуляторная батарея перестанет работать или другие проблемы безопасности.
В последние годы в стране и за рубежом произошло много аварий, связанных с пожаром и взрывом, связанным с аккумулятором: электрическая авария с электромобилем в США Tesla Model S, авария с аккумулятором для мобильных телефонов Samsung Note7, пожар на производстве электроники в Ухане, пожар на заводе Tianjin Samsung SDI и т. Д.
1 классификация отказа литиевой батареи
Чтобы избежать вышеупомянутых проблем с деградацией производительности и безопасности батареи, необходимо провести анализ отказа литиевой батареи. Сбой литиевой батареи относится к ухудшению характеристик батареи или ненормальности производительности, вызванной некоторыми конкретными существенными причинами, которые делятся на отказ производительности и безопасность. Сексуальная неудача.
Классификация общих сбоев литиевой батареи
2 причины отказа литиевой батареи
Причины отказа литиевых батарей можно разделить на внутренние и внешние причины.
Внутренние факторы в основном относятся к физической физике разрушения, природе химических изменений и масштабу исследований можно отнести к атомному, молекулярному масштабу, термодинамике и динамике процесса разрушения.
Внешние факторы включают внешние факторы, такие как воздействие, акупунктура, коррозия, высокотемпературное горение и вандализм.
Внутренняя ситуация с отказом литиевой батареи
Анализ общей неисправности и механизма отказа 3-х литиевых батарей
Сбой затухания мощности
«При стандартном испытании на срок службы разрядная емкость должна составлять не менее 90% от начальной мощности, когда количество циклов достигает 500. Или пропускная способность разряда не должна быть ниже 80% от начальной емкости, если число циклов достигает 1000, если в стандартном диапазоне циклов 4. Резкое снижение пропускной способности - это провал ослабления мощности.
Основной причиной затухания емкости аккумулятора является сбой материалов, и он тесно связан с объективными факторами, такими как процесс производства батареи и использование батареи. С материальной точки зрения основными причинами отказа являются структурный отказ материала положительного электрода и рост перехода SEI на поверхность отрицательного электрода. Разложение и разрушение электролита, коррозия токоприемника, следы примесей в системе и т. Д.
Структурный отказ материала положительного электрода: Неисправность структуры материала положительного электрода включает в себя разрывы частиц материала положительного электрода, необратимый фазовый переход, расстройство материала и т. Д. LiMn2O4 будет искажен из-за эффекта Яна-Теллера во время зарядки и разряда, и может произойти даже разлом частиц. Электрический контакт между частицами не получается. Материал LiMn1,5Ni0,5O4 подвергается фазовому переходу «тетрагональной кубической системы» во время заряда и разряда. Материал LiCoO2 входит в Li во время процесса заряда и разряда из-за перехода Li. Layer, в результате чего слоистая структура становится хаотичной, ограничивая ее способность играть.
Отказ отрицательного анодного материала: Неисправность графитового электрода происходит главным образом на поверхности графита, а поверхность графита реагирует с электролитом для получения фазы фаз твердого электролита (SEI). Если чрезмерный рост приводит к уменьшению содержания ионов лития во внутренней системе батареи, результатом является разрушение мощности. Неисправность кремниевых анодных материалов в основном обусловлена циклическими проблемами производительности, вызванными ее огромным расширением объема.
Неисправность электролита: LiPF6 имеет низкую стабильность и легко разлагается, чтобы уменьшить переносимое содержание Li + в электролите, а также легко реагирует со следовой водой в электролите с образованием HF, что вызывает коррозию внутри батареи. Плохая герметичность вызывает ухудшение электролита. Вязкость и цветность электролита меняются, что в конечном итоге приводит к резкому снижению эффективности переноса ионов.
Неисправность токоприемника: коррозия коллектора текучей среды, адгезия токосъемника снижена. HF, вызванный вышеуказанным разрушением электролита, будет разъедать коллектор тока, что приведет к плохой проводимости соединения, что приведет к увеличению омического контакта или разрушению активного материала. Cu во время заряда и разряда После того, как фольга растворяется при низком потенциале, она осаждается на поверхность положительного электрода, что называется «очисткой меди». Общей формой сбоя сбора жидкости является то, что сила связи между токоприемником и активным материалом недостаточна для того, чтобы отделить активный материал, который не может быть предусмотрен для батареи. емкость.
Увеличенное внутреннее сопротивление
Увеличение внутреннего сопротивления литиевой батареи сопровождается уменьшением плотности энергии, падения напряжения и мощности, выработки тепла батареи и т. Д. Основными факторами, приводящими к увеличению внутреннего сопротивления литиево-ионной батареи, являются основные материалы батареи и окружающая среда использования батареи.
Основные материалы батареи: микротрещины и разрушения материала положительного электрода, повреждение материала отрицательного электрода и поверхности SEI слишком толстые, электролит выдерживается, активный материал отделяется от токосъемника, а контакт между активным веществом и проводящей добавкой ухудшается (включая потерю проводящей добавки), Дроссельная заслонка диафрагмы заблокирована, ушко батареи анодно сваривается.
Среда батареи: температура окружающей среды слишком высокая / низкая, перезарядка и разрядка, высокая скорость зарядки и разрядки, производственный процесс и конструкция батареи.
Внутреннее короткое замыкание
Внутреннее короткое замыкание часто приводит к саморазряду литиево-ионного аккумулятора, ослаблению мощности, локальному утечке тепла и аварийным ситуациям.
Короткое замыкание между медно-алюминиевым токоприемником: металлическая мембрана для прокола металла или электрода, которая не обрезается во время производства или использования батареи. Смещение полюсного наконечника или язычка в корпусе аккумулятора вызывает положительный и отрицательный токосъемник.
Короткое замыкание, вызванное отказом диафрагмы: старение диафрагмы, разрушение диафрагмы, коррозия диафрагмы и т. Д. Приведет к разрушению диафрагмы, отказ мембраны теряет электрическую изоляцию или пустоты, становится положительным, анод слегка контактирует, тогда местная теплота тяжелая, продолжающаяся зарядка и разрядка будут распространяться в окружающую среду , из-за чего нагрев выйдет из-под контроля.
Примеси приводят к короткому замыканию: примеси переходных металлов в суспензии положительного электрода не очищаются, что может привести к пробиванию диафрагмы или образованию литиевых дендритов в результате внутреннего короткого замыкания.
Короткое замыкание, вызванное дендритами лития: литиевые дендриты появляются в местах, где локальные заряды не являются однородными при длительном цикле, и дендриты проходят через диафрагму, вызывая внутренние замыкания.
При проектировании батареи или процессе сборки аккумуляторной батареи конструкция необоснованна или парциальное давление слишком велико, что может привести к внутреннему короткому замыканию. Внутреннее короткое замыкание может также возникать при индукции перерегулирования батареи и превышения заряда.
Добыча газа
Явление газового производства, которое возникает, когда электролит образуется во время процесса формирования батареи с образованием стабильной пленки SEI, является нормальным газообразованием, но явление переходного потребления выделяющего газ электролита или выделение кислорода из материала положительного электрода является аномальным вентиляционным отверстием. Его часто обнаруживают в батареях из мягкой упаковки. , это приведет к тому, что внутреннее давление батареи будет слишком большим и деформированным, сломав алюминиевую пленку упаковки, проблемы с внутренними контактами.
Анализ состава газа нормальных клеток и поврежденных клеток
Влажность следа в электролите или активном материале электрода не высушивается, в результате чего соль лития в электролите разлагается для получения HF, разъедает токоприемник Al и разрушает связующее, генерируя водород. Цепь / кольцо в электролите, вызванное неуместным диапазоном напряжения Эфиры или простые эфиры подвергаются электрохимическому разложению, которое будет производить C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, CO2 и т. Д.
Термический побег
Термическое убегание означает, что температура внутренней или цельной части литий-ионной батареи быстро возрастает, тепло не может быть рассеяно во времени, а большое количество тепла накапливается внутри и вызывает дальнейшие побочные реакции. Фактор, который вызывает термический отток литиевой батареи, является ненормальным рабочим состоянием, то есть злоупотреблением. Короткое замыкание, высокая скорость, высокая температура, экструзия и акупунктура.
Общее тепловое поведение внутри аккумулятора
Анализ лития
Литиевое осаждение представляет собой осаждение металлического лития на поверхности отрицательного электрода батареи, что является распространенным явлением старения литиевых батарей. Литиевое осаждение приведет к уменьшению внутренних активных ионов лития в батарее, выходу из строя емкости и образованию дендритной прокалывающей диафрагмы, что приведет к Местное производство тока и тепла слишком велико, что в конечном итоге вызывает проблемы с безопасностью батареи.
Разделенный общий литиевый снимок батареи
Анализ отказов Китая систематически разрабатывался в области машин и авиации, но систематически не изучался в области литиевых батарей. Компании-производители аккумуляторов и материалы провели исследования по анализу отказов литий-ионных батарей, но больше внимания уделяли процессам производства батарей. И исследования и разработки материалов для повышения производительности батареи и снижения стоимости батареи в качестве прямой цели. Будущие научно-исследовательские институты и связанные с ними компании могут укреплять сотрудничество и обмен, а также стремиться к созданию и совершенствованию процесса отказа дерева и сбоя процесса литиево-ионного отказа батареи.
