Fehlerklassifizierung und Ursachenanalyse vonLithiumbatterien .

1、 Ausfall der Kapazitätsabnahme
Während des Standard-Lebensdauertests darf die Entladekapazität nicht weniger als 90 % der Anfangskapazität betragen, wenn die Anzahl der Zyklen 500 erreicht. Oder wenn die Anzahl der Zyklen 1000 erreicht, darf die Entladekapazität nicht weniger als 80 % betragen Anfangskapazität. Fällt die Kapazität im Bereich der Standardzyklen stark ab, handelt es sich um einen Kapazitätsdämpfungsausfall.

Das Versagen der Batteriekapazitätsdämpfung ist auf Materialversagen zurückzuführen und steht in engem Zusammenhang mit objektiven Faktoren wie dem Batterieherstellungsprozess und der Batteriewartungsumgebung. Aus Sicht der Materialien umfassen die wichtigsten Ausfallursachen das strukturelle Versagen von Kathodenmaterialien, das Übergangswachstum von SEI auf der Oberfläche der Kathode, die Zersetzung und Verschlechterung des Elektrolyten, die Korrosion des Flüssigkeitskollektors, Spuren von Verunreinigungen im System, usw.

Strukturversagen von Kathodenmaterialien: Strukturversagen von Kathodenmaterialien umfasst Partikelbruch, irreversible Phasenumwandlung, Materialstörung usw. Während des Lade- und Entladevorgangs wird die Struktur von LiMn2O4 aufgrund des Jahn-Teller-Effekts verzerrt, und sogar Partikel werden verzerrt unterbrochener, versagender elektrischer Kontakt zwischen Partikeln. Limn1.5ni0.5o4-Material wird während des Ladens und Entladens einen tetragonalen kubischen Phasenübergang durchlaufen. Während des Ladens und Entladens gelangt Co in die Li-Schicht aufgrund des Übergangs und der Ablösung von Li im LiCoO2-Material, was zu einer Störung der Schichtstruktur und einer Einschränkung ihrer Kapazität führt.

Materialversagen der negativen Elektrode: Das Versagen von Graphitelektroden tritt hauptsächlich auf der Graphitoberfläche auf. Die Graphitoberfläche reagiert mit Elektrolyt, um eine Festelektrolyt-Grenzflächenphase (SEI) zu erzeugen. Wenn es übermäßig wächst, wird der Lithium-Ionen-Gehalt im internen System der Batterie reduziert, was zu einer Kapazitätsdämpfung führt. Das Versagen von Silizium-Anodenmaterialien ist hauptsächlich auf die Zyklusleistungsprobleme zurückzuführen, die durch seine enorme Volumenausdehnung verursacht werden.

Elektrolytversagen: LiPF6 hat eine schlechte Stabilität und ist leicht zu zersetzen, wodurch der Gehalt an transportierbarem Li+ im Elektrolyten reduziert wird. Es kann auch leicht mit dem Spurenwasser im Elektrolyten reagieren, um HF zu bilden, was zu Korrosion im Inneren der Batterie führt. Schlechte Luftdichtheit führt zu einer Verschlechterung des Elektrolyten, Änderungen in der Viskosität und Chromatizität des Elektrolyten und führt schließlich zu einem starken Abfall der Ionentransportleistung.

Ausfall des Flüssigkeitssammlers: Korrosion des Flüssigkeitssammlers und Verringerung der Haftung des Flüssigkeitssammlers. HF, das durch das Versagen des oben genannten Elektrolyten erzeugt wird, verursacht Korrosion am Stromkollektor und erzeugt Verbindungen mit schlechter Leitfähigkeit, zunehmendem ohmschen Kontakt oder dem Versagen aktiver Substanzen. Beim Laden und Entladen wird die Cu-Folie bei niedrigem Potential aufgelöst und auf der Oberfläche der positiven Elektrode abgeschieden, was als Kupferabscheidung bezeichnet wird. Die übliche Form des Kollektorversagens besteht darin, dass die Bindungskraft zwischen dem Kollektor und dem aktiven Material nicht ausreicht, was zum Ablösen des aktiven Materials führt, das keine Kapazität für die Batterie liefern kann.

2、 Interner Kurzschluss

Interner Kurzschluss verursacht häufig Selbstentladung, Kapazitätsdämpfung, lokales thermisches Durchgehen und Sicherheitsunfälle von Lithium-Ionen-Batterien.

Kurzschluss zwischen Kupfer-/Aluminium-Stromabnehmern: Wird verursacht durch den Kontakt der positiven und negativen Stromabnehmer aufgrund des Eindringens von unbeschnittenen metallischen Fremdkörpern in die Membran oder Elektrode während der Herstellung oder Verwendung der Batterie und der Verschiebung des Pols Stück oder Lasche im Akkupack.

Kurzschluss durch Membranbruch: Membranalterung, Membranbruch, Membrankorrosion usw. führen zum Membranbruch. Die defekte Membran verliert die elektronische Isolierung oder der Spalt wird zu einem positiven und negativen Mikrokontakt, und dann kommt es zu einer ernsthaften lokalen Erwärmung. Fortgesetztes Laden und Entladen breitet sich aus, was zu einem thermischen Kontrollverlust führt.

Durch Verunreinigungen verursachter Kurzschluss: Wenn die Übergangsmetallverunreinigungen in der Aufschlämmung der positiven Elektrode nicht entfernt werden, wird die Membran durchstochen oder der negative Lithiumdendrit wird erzeugt, was zu einem internen Kurzschluss führt.

Kurzschluss durch Lithiumdendriten: Lithiumdendriten treten dort auf, wo die lokale Ladung im langen Zyklusprozess ungleichmäßig ist, und die Dendriten verursachen einen internen Kurzschluss durch die Membran.

Bei der Entwicklung und Herstellung von Batterien oder der Montage von Batteriepacks führen unangemessenes Design oder übermäßiger lokaler Druck ebenfalls zu internen Kurzschlüssen. Interne Kurzschlüsse treten auch unter der Induktion von Batterieüberschwingen und Tiefentladung auf.

3、 Erhöhter Innenwiderstand

Die Zunahme des Innenwiderstands der Lithium-Ionen-Batterie wird von einer Abnahme der Energiedichte, Spannung und Leistung, der Wärmeerzeugung der Batterie und anderen Ausfallproblemen begleitet. Die wichtigen Faktoren, die zum Anstieg des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien führen, werden in Schlüsselbatteriematerialien und Batteriebetriebsumgebungen unterteilt.

Schlüsselmaterialien der Batterie: Mikrorisse und Bruch des positiven Materials, Beschädigung des negativen Materials und übermäßige Oberflächen-SEI, Alterung des Elektrolyten, Trennung des aktiven Materials vom Kollektor, schlechter Kontakt zwischen dem aktiven Material und leitfähigen Zusätzen (einschließlich Verlust von leitfähigen Zusätzen), Verstopfung des Schrumpfhohlraums der Membran, anormales Schweißen des Batterieanschlusses usw.

Batterienutzungsumgebung: hohe/niedrige Umgebungstemperatur, Überladung und Entladung, Hochgeschwindigkeitsladung und -entladung, Herstellungsprozess und Batteriedesignstruktur usw.

4、 Gasproduktion

Während des Batteriebildungsprozesses ist das Gaserzeugungsphänomen, das durch den Verbrauch von Elektrolyten zur Bildung eines stabilen SEI-Films verursacht wird, eine normale Gaserzeugung, aber der übermäßige Verbrauch von Elektrolyten zur Freisetzung von Gas oder die Freisetzung von Sauerstoff aus Kathodenmaterial ist eine abnormale Gasentladung. Es tritt häufig bei weich verpackten Batterien auf, was zu übermäßigem Innendruck und Verformung der Batterie, Reißen der eingekapselten Aluminiumfolie, internen Zellkontaktproblemen usw. führen kann.