锂离子电池3大失效现象

一、容量丢掉

在循环进程中，因正负极的体积胀大或缩短，SEI膜将发作裂异并继续增生，SEI膜的增生进程会消耗活性锂，导致电池全体容量下降及内阻前进；此外，在充电时，正极处于高氧化情况，简略发作康复相变，骨架中的过渡金属如钴离子分出至电解液，并松散到负极，催化SEI膜进一步生长，导致活性锂被消耗的现象发作，一起因正极结构被损坏，构成可逆容量丢掉；负极方面，充电时负极的电位变低，Li+从正极松散并嵌入至负极，当温度过低或充电电流过大，构成金属锂的嵌入速度下降，直接分出于负极表面，极化效应更剧，除构成活性锂的丢掉、内阻添加外，更会构成丧命的「锂枝晶」，持久下来将构成内短。

理论上全固态电池用途时离子自身不移动，故不行逆反响将减少，若选用与锂电化学安稳的固态电解质，SEI及电解液劣化等问题亦能减缓，能有用下降锂离子在充放电进程中消耗而构成容量衰退的起伏，更能减少或克制锂枝晶的发作，例如氧化物电解质中石榴石结构的锂镧锆氧(LLZO)便有绝佳的化学安稳度，而固体聚合物电解质仍是以锂盐及高分子基质组成，因此化学安稳性比起液态聚合物电解质距离不大。

有关容量衰退的问题，前进能量密度是另一下降使用者不方便性的解法方，若当电池全体容量能大幅跃升，即使丢掉部分容量，相对较大的剩下容量仍可支撑设备的运作，而固体电解质的高安全性及安稳功用容许锂离子电池选用高活性、高能量密度的负极材料，锂金属的理论容量密度可以抵达3,830mAh/g、硅负极材料可达4200mAh/g，较锂碳层化合物高出十倍左右，让动力锂电池能量密度国标：2020年300Wh/kg、乃至2025年的400Wh/kg的达到提前现出曙光，现在固态电池业界进行锂金属或全硅负极先导研讨的首要有法国Bolloré、韩国SDI及台湾辉能，商场预估在2022年顾客能使用到此类高能量电池。

二、体积胀大

体积添加首要导因于在充电中的正极属高氧化态，晶格内的游离氧简略分出后与电解液发作氧化反响，发作二氧化碳及氧，在一次次的充放电循环中逐渐构成鼓胀，而在电压高于4.35V(三元系)以上或高温环境下加快电解液的分化，构成电芯不断胀大，轻则影响设备内的组件配备，重则导致电芯结构受损而起火爆炸。

固体电解质则因前述的化学安稳性而不易与正极发作氧化用途，能减缓电解质分化、气化的速率，大幅下降体积胀大的程度，除此之外，固体电解质可以接受跨越5V以上的电压而不分化，使得内部串联技能不再是遥不行及，事实上，单电芯电压的前进便能省去部分BMS及分流器，大幅前进模块能量密度与本钱，早已招引日产轿车等公司投入研制跨越十年，却迟迟无法战胜电解液在高压下分化的问题。

而固态电池阵营已完成了此技能，今年初辉能科技在美国CES上宣告BiPolar+电池包技能，直接于封装材内仓库极层，单一电芯已可抵达85.2伏、20度电以上，只要四颗电芯就能驱动整车，因此省去很多联接线材，将电池包体积缩小了五成。

三、热失控

热失控是锂离子电池损害程度最高且难以预测的风险，当电芯遭到外力损坏引起短路或内部发作短路、过充情况时，电芯内部的温度便随之上升，一旦升至130度，SEI膜便初步崩解，并构成有机电解液直接与高活性正负极触摸，因此很多发作分化放热反响，导致温度与内压提速上升、很多气体发作构成电池快速胀大，抵达临界温度后正极崩解，释放出更多热能及氧气，诸多要素迭加后构成升温、分化、放热的连锁反响加重，终至起火爆炸。

若将原本在150度左右便初步发作很多易燃气体与热能的聚合物电解液与阻隔膜更换成在高温下气化较慢且不易燃的『固体电解质』，便能阻断热失控的连锁反响，防止起火爆炸事端的发作，好像从釜底抽薪，不过，不同电解质体系的热安稳性有着不小距离，例如氧化物陶瓷电解质的燃点在千度以上，能彻底阻断热失控反响；而固态聚合物电解质大约在280度就会初步崩解，热安稳性最差，现在没有见到固体聚合物电池在三百度以上仍坚持安稳的检验纪录。

从上述锂离子电池失控进程中可看出，大部分的副反响来自于有机电解液在化学及高温下的不安稳性，即使不时能见到极层的绝热维护涂层、阻燃添加剂的研制，仍是治标不治本，这也是近年来商场焦点逐渐由三元系电池转移至固态电池研制的原因，使用固态电解质的安稳性发明高安全性、电池寿数更长、续航旅程更加志向的新动力车，打破数十年来锂离子电池所面对的开展屏障，前进电动汽车对燃油车的代替性。