在能源危机和环境污染的背景下，锂离子电池作为21世纪发展的理想能源，越来越受到人们的关注。但是锂离子电池在生产、运输和使用过程中会出现一些故障。而且单个电池的故障会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至导致电池组停止工作或其他安全问题。

近年来，国内外发生了多起与电池相关的火灾爆炸事故:美国特斯拉Model S电动车起火事故、三星Note7手机电池起火事故、武汉福特电子厂起火事故、天津三星SDI工厂起火事故& hellip& hellip

1.锂电池故障的分类

为了避免上述性能下降和电池安全问题，对锂电池进行失效分析势在必行。锂电池失效是指由于某些特定的本质原因导致的电池性能衰减或性能异常，分为性能失效和安全失效。

2.锂电池故障的原因

锂电池失效的原因可分为内因和外因。

内因主要是指故障的物理化学性质变化。研究尺度可以追溯到原子和分子尺度，研究破坏过程的热力学和动力学变化。

外因包括撞击、针刺、腐蚀、高温燃烧、人为破坏等外因。

3.锂电池常见失效表现及失效机理分析。

容量衰减故障

& ldquo在标准循环寿命试验中，当循环次数达到500次时，放电容量应不低于初始容量的90%。或者当循环次数达到1000次时，放电容量不应低于初始容量的80%。如果在标准循环范围内容量急剧下降，则属于容量衰减故障。

电池容量衰减失效的根源在于材料的失效，与电池制造工艺、电池使用环境等客观因素密切相关。从材料上看，失效的主要原因是正极材料结构失效、负极表面SEI跃迁生长、电解液分解变质、集流体腐蚀、体系中微量杂质等。

正极材料的结构失效:正极材料的结构失效包括颗粒破碎、不可逆相变、材料无序等。LiMn2O4在充放电过程中会因Jahn-Teller效应而发生结构畸变，甚至颗粒破碎，导致颗粒间电接触失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放电过程中会发生& ldquo四方-立方系统& rdquo相变。在充放电过程中，LiCoO2材料中Li的转变会导致Co进入Li层，造成层状结构的无序，限制其容量。

负极失效:石墨电极的失效主要发生在石墨表面，石墨与电解质反应生成固体电解质界面相(SEI)。如果过度增长，电池内部系统的锂离子含量会降低，导致容量衰减。类硅负极材料的失效主要在于其巨大的体积膨胀导致的循环性能问题。

电解液失效:LiPF6稳定性差，易分解，降低了电解液中可迁移Li+的含量。还容易与电解液中的微量水反应生成HF，造成电池内部腐蚀。气密性差导致电解液变质，电解液的粘度和色度发生变化，最终导致离子传输性能急剧下降。

集流体失效:集流体腐蚀，集流体附着力下降。上述电解质失效产生的HF会对集流体造成腐蚀，产生导电性差的化合物，导致欧姆接触增加或活性物质失效。充放电时，铜箔在低电位下溶解，然后沉积在正极表面，称为& ldquo铜的分析& rdquo。集流体失效的常见形式是集流体与活性物质之间的结合力不够，导致活性物质剥离，无法提供电池的容量。

增加内部电阻

锂电池内阻的增大会伴随着能量密度、电压和功率的降低、发热等失效问题。导致锂离子电池内阻增大的主要因素是电池的关键材料和电池的使用环境。

电池关键材料:正极材料微裂纹和破损、负极材料损坏和表面SEI超标、电解液老化、活性材料与集流体分离、活性材料与导电添加剂接触不良(包括导电添加剂流失)、隔膜缩孔堵塞、电池极耳焊接异常等。

电池环境:环境温度过高/过低、过充过放、高倍率充放电、制造工艺和电池设计结构等。

内部短路

内部短路常导致锂离子电池自放电、容量衰减、局部热失控和安全事故。

铜/铝集流体间短路:是由于电池在生产或使用过程中，未修剪的金属异物刺破隔膜或电极，导致正负极集流体接触，电池包装内极片或极耳发生位移而引起的。

隔膜失效引起的短路:隔膜老化、隔膜塌陷、隔膜腐蚀等。会导致隔膜失效，失效的隔膜失去电子绝缘或空的间隙成为正负极的微接触，然后局部发热剧烈，不断充放电向四周扩散，导致热失控。

杂质引起的短路:如果正极浆料中的过渡金属杂质没有完全去除，会导致刺破隔膜或促进负极锂枝晶的生成，造成内部短路。

锂枝晶造成的短路:长循环时，局部电荷不均匀的地方会出现锂枝晶，枝晶会穿透隔膜造成内部短路。

在电池设计制造或电池组组装过程中，设计不合理或局部压力过大也会导致内部短路。在电池过冲和过放的诱导下也会发生内部短路。

产气

在电池化成过程中，消耗电解液形成稳定的SEI膜而产生的产气现象为正常产气，而过度消耗电解液释放气体或阴极材料释放氧气的现象为异常产气。经常出现在软包电池中，会造成电池内压过大变形，包装铝膜破裂，内部电芯接触问题等。

电解质或电极活性材料中的微量水分没有干燥，这导致电解质中的锂盐分解产生HF，HF腐蚀集电器al并破坏粘合剂，产生氢气。电解液中的链状/环状酯或醚会因电压范围不合适而发生电化学分解，产生C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、CO2等。

热致击穿

热失控是指锂离子电池内部温度迅速上升，热量无法及时散发，内部积累大量热量，诱发进一步副反应。诱发锂电池热失控的因素有不正常的工作条件，如滥用、短路、倍率过大、高温、挤压、针刺等。

锂沉淀

锂析出是金属锂在电池负极表面析出，是锂电池老化失效的常见现象。锂析出会减少电池中的活性锂离子，导致容量耗尽，形成枝晶刺破隔膜，导致局部电流过大，发热，最终导致电池安全问题。

中国的失效分析在机械、航空空等领域已经有了系统的发展，但在锂电池领域还没有。电池企业和材料企业分别开展锂离子电池失效分析的研究，但大多集中在电池制造工艺和材料的研发上，直接目标是提高电池性能和降低电池成本。今后，研究所和相关企业可以加强合作与交流，努力建立和完善锂离子电池的失效树和失效分析流程。

主要参考文献:王启宇等.锂离子电池失效分析综述