详解锂离子电池失效原因

锂离子电池失效分析主要分为失效现象采集、失效机理研究、测试分析手段、失效分析流程设计等。其中测试分析手段是锂离子电池失效分析研究的基础，恰当的材料前处理、良好的材料转移环境、准确的材料测试、深度的数据分析，是准确分析材料和认清电池内部的情况的唯一途径。失效机理的研究是锂离子电池失效分析的核心，在大量基础科研的基础上，构建合理的模型，有利于准确模拟分析电池内部复杂的物理化学反应过程，找出电池异常的本质原因。如果脱离了理论支持，失效分析将会沦为单纯的表征检测技术。失效分析流程是锂离子电池失效分析的灵魂，现阶段很多测试分析机构采用的是单一的常规流程，测试时间冗长。为了达到高效化、准确化、定量化的失效分析，对每个案例需要针对性设计合理的失效分析流程，而不是所有的都是一个流程走完。未来在流程的设计上会采用电子化、智能化，结合失效分析树和此前检测结果，设计出最合理、最高效、可动态监控的失效分析流程。随着我国基础科研的大力投入，很多高校及研究所已经具备十分先进的表征分析技术，与此同时，许多电池企业拥有十分庞大的失效案例和材料数据库。两者之间的合作与融合将是一种趋势，也正是我国锂离子电池失效分析所需。

1991年锂离子电池成功商业化不仅揭开了化学储能电池的发展篇章，也促使了科研人员对电池的失效数据库积累意识的萌发。美、日、韩等高新科技国家在锂离子电池测试与失效分析等领域成果突出。例如从20世纪70年代美国能源部在阿贡国家实验室成立电化学分析与诊断部门（electrochemical analysis and diagnostics），专门对电池的失效问题进行分析研究，并累积了大量的实验数据和信息。此外，很多高校与研究所都有类似的部门，他们在基础科学的基础上，对电池失效问题进行了分析研究。日本许多企业，例如Sony（索尼）、Yuasa（汤浅）、Toyota（丰田）、Panasonic（松下）等与第三方检测机构例如TOYO、Toray等都在锂离子电池失效分析方面累积了丰富的数据与经验。此外，德国TUV、瑞士SGS、美国UL等检测认证机构长时间在电池性能检测方面也有颇丰的积累。我国锂离子电池商业化起步相对较晚，其失效分析研究也相对薄弱。伴随着电动汽车等新型清洁能源汽车的大力推广，国内对锂离子电池失效分析的需求越来越大。例如，检测机构有中国电子科技集团十八研究所、国家动力及储能电池产品质量监督检验中心、602所、201所、天津汽车检测中心、中认英泰检测技术有限公司、中认尚动测试中心等在电池的检测认证方面累积了许多的经验和技术；电池企业有比亚迪、宁德时代（CATL）、天津力神、比克、万向等都各自开展锂离子电池失效分析的研究，但偏重于电池制造工艺；电池材料厂商有北京当升、苏州星恒、中信国安盟固利、上海杉杉、江西紫宸、深圳新宙邦、广州天赐、沧州明珠、深圳星源等在材料的研发制备等方面累积了丰富的经验和方法；高校研究所有中国科学院、中南大学、清华大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等在电池材料的失效机理等方面研究成果颇丰。但国内暂时没有某一独立机构能同时兼顾电池检测、电池制造工艺、电池材料研发制备、失效机理研究等方面，构建从电池设计到电池使用整个过程的失效分析。这个过程需要长时间的积累和大量的合作共享。中国科学院物理研究所锂电池失效分析团队在中科院先导A类项目支助下，依托物理所在锂电池研究的多年累积，搭建了互联互通惰性气氛电池综合分析平台，与国内优先电池企业材料企业合作，开始开展系统的锂电池失效分析研究，为开发高性能高安全的储能电池积累经验。