新闻资讯
通过科学和创新，我们帮助各行各业的客户满足当今和未来社会发展的需求。
搞清锂离子电池安全问题表现及失效产生途径
谢志利等《常见电子产品用锂离子电池失效原因分析》 2021-01-06 次浏览
锂离子电池容易发生起火爆炸等事故，本质上还是由于其有机材料体系造成的。究其安全失效机制，可以分为内部因素和外部因素两大类。
内部因素是指电池本身的材料组成、生产工艺等对电池安全性的影响；外部因素是指在使用过程中电池经受某些特殊的使用条件，如过充、挤压等引发的电池热失控，造成膨胀、冒烟甚至起火等。
锂离子电池安全问题表现
锂离子电池的安全问题主要表现为：
·电击，对于输出电压超过安全电压限值的电池组，还可能引发电击危险。
锂离子电池失效产生途径
锂离子电池失效的产生主要有以下几种途径，如图1所示：
第①种途径：
第①种途径主要与锂离子电池的内部短路有关。锂离子电池的内部短路是其安全问题的最重要诱因，大部分的安全问题都是由于内部短路引起的。内部短路是电池内的正负极短路，一般是由生产过程中混入的金属杂质、电极金属箔在剪切时造成的毛刺、使用过程中形成锂枝晶以及受到挤压等意外机械应力引起。内部短路时会产生大量的热，从而引起安全问题，内部短路对电池电压和温度的影响见图2。
图2 内部短路对电池电压和温度的影响
第②种途径：
第②种途径主要与电路故障有关，如图3所示。为了对锂离子进行充放电管理及安全保护，在使用电池的宿主设备或适配器中需要设计充放电管理电路，在部分设备内还有放电的负载电路。
图3 可能会出现故障的电路
第③种途径：
第④种途径：
第⑤种途径：
第⑤种途径主要与一致性有关。在由多节电池(电芯)通过串联、并联以及串并混联构成的电池组中，电池之间的内阻、开路电压、容量的一致性会造成对电池组内部的某一电池或电池并联块的过压充电、欠压放电等，从而引起安全问题。
某锂电池失效原因分析
图4 某电池鼓胀原因推导
造成电池内部短路同样有锂枝晶、毛刺和金属杂质等几种可能。需要对其可能性与成因进行进一步分析。以锂枝晶析出为例，锂枝晶的析出直接原因可能是电池材料不良所致，也有可能是负极析锂后，锂金属沿着隔膜空隙生长，接触正极便形成了锂枝晶。负极析锂的原因可能包括充电倍率过高，或者在过低温度下的充电。即电池充电温度、电流管理不当，这种不恰当是由于保护电路问题(没有设计或者设计不当)、系统充电电路问题(故障或者设计不当)以及用户使用环境问题综合造成的。
结语
通过上述案例，从现象到原因的逐层分析表明，电池失效有其根本原因，也有表面原因。某一个因素又可能由多种原因造成，需要用对应的方法和技术手段排除次要原因或者无关原因，从而找到主要原因，最终定位到根本原因，例如某种设计缺陷。对失效根本原因作出针对性的改善，才能真正提升产品安全性。