動(dòng)力電池系統(tǒng)（電芯）失效模式分析-安全性失效和非安全性失效

動(dòng)力電池系統(tǒng)通常由電芯、電池管理系統(tǒng)、Pack系統(tǒng)含功能元器件、線束、結(jié)構(gòu)件等相關(guān)組建構(gòu)成。動(dòng)力電池系統(tǒng)失效模式，可以分為三種不同層級(jí)的失效模式，電芯失效模式是第一層級(jí)的失效。主要講解電芯失效模式：

電芯的失效模式又可分為安全性失效模式和非安全性失效模式

電芯安全性失效主要有以下幾點(diǎn)：

1、電芯內(nèi)部正負(fù)極短路：

電芯內(nèi)部微短路大致可以分為兩種：

①物理短路，由陰陽(yáng)極的集流體突破電解質(zhì)和隔膜發(fā)生物理接觸而形成短路；在內(nèi)部電芯與電芯間或者單電芯內(nèi)發(fā)生微小的正負(fù)極短接現(xiàn)象即為內(nèi)部微短路；

②化學(xué)短路，在充放電過(guò)程中，由于電池活性材料和電解質(zhì)、隔離膜自身起了化學(xué)變化而引起的局部電子導(dǎo)通。

2、電池單體漏液：

電池漏液的有原因有：外力損傷；碰撞、安裝不規(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞；制造原因：焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。

電池漏液后整個(gè)電池包的絕緣失效，單點(diǎn)絕緣失效問(wèn)題不大，如果有兩點(diǎn)或以上絕緣失效會(huì)發(fā)生外短路。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，軟包和塑殼電芯相比金屬殼單體更容易發(fā)生漏液情況導(dǎo)致絕緣失效。

3、電池負(fù)極析鋰：

什么是負(fù)極析鋰：石墨的嵌鋰電位為65~200mV（vs. Li+/Li0）。當(dāng)負(fù)極電位接近或低于金屬鋰的析出電位時(shí)，鋰離子以鋰金屬的形式析出在負(fù)極表面。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋰離子在負(fù)極表面的析出反應(yīng)和石墨中的嵌入反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。在充電過(guò)程中，部分鋰離子以鋰金屬的形式沉積在負(fù)極表面，其余鋰離子嵌入石墨中。

在放電過(guò)程中，會(huì)發(fā)生離子的脫嵌和沉積的鋰金屬的剝離。在金屬鋰的剝離過(guò)程中，會(huì)形成“死鋰”。

“死鋰”與電解液的反應(yīng)是鋰離子電池容量損失、循環(huán)壽命縮短的主要原因。負(fù)極的鋰析出是電荷轉(zhuǎn)移限制（CTL）和固體擴(kuò)散限制（SDL）的結(jié)果。

隨著充電的進(jìn)行，石墨層間可嵌入鋰離子的位置逐漸減少，限制了鋰離子在石墨固相中的擴(kuò)散，相應(yīng)的嵌鋰電流也逐漸減小。

同時(shí)，由于鋰離子從電解質(zhì)中擴(kuò)散到負(fù)極的速率遠(yuǎn)大于其嵌入石墨的速率，導(dǎo)致越來(lái)越多的鋰離子積聚在石墨表面，驅(qū)動(dòng)電勢(shì)負(fù)極的電位接近析鋰電位，導(dǎo)致鋰在負(fù)極沉積。

4、電芯脹氣鼓脹：

鋰電池鼓脹是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，涉及到電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和物理變化。

鋰離子電池在濫用條件下(如高溫、浮充電、短路、過(guò)充電、過(guò)放電、振動(dòng)、擠壓和撞擊等)，容易出現(xiàn)氣脹、冒煙，甚至著火等失效的情況。在過(guò)充電、過(guò)放電和浮充電等條件下，鋰離子電池的氣脹問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重。

但是從機(jī)理上來(lái)說(shuō)，電解液中的主要溶劑產(chǎn)氣情況如下：

電池中的雜質(zhì)，尤其是水分，會(huì)與電解液中的LiPF6反應(yīng)生成HF，導(dǎo)致電池體系不穩(wěn)定，并產(chǎn)生氣體。

當(dāng)有內(nèi)短路點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，局部溫度急劇升高，導(dǎo)致電解液分解產(chǎn)氣；

以上幾種失效模式是非常嚴(yán)重的問(wèn)題，可能會(huì)造成人員傷亡。即使一個(gè)電芯使用1、2年沒(méi)有問(wèn)題，并不代表這個(gè)電芯以后沒(méi)有問(wèn)題，使用越久的電池失效的風(fēng)險(xiǎn)越大。

電芯的非安全性失效只是影響使用性能，主要有以下幾點(diǎn)：

1、容量一致性差：

2、自放電過(guò)大：

3、低溫放電容量減少：

4、電池容量衰減：

就不一一贅述了。

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