鋰離子電池在生產、運輸、使用過程中會因為某些特定的本質原因導致電池性能衰減或使用性能異常，出現失效的現象。單一電池失效后會影響整個電池組的性能和可靠性，甚至會導致電池組停止工作和其他安全問題。

鋰電池的失效分為性能失效和安全性失效，失效原因可以分為內因和外因。內因主要是指物理、化學本質的失效，研究尺度可追溯至原子、分子尺度，研究失效過程的熱力學、動力學變化等。外因包括撞擊、針刺、腐蝕、高溫燃燒、人為破壞等外部因素。

產氣

在電池化成工藝過程中消耗電解液形成穩定的固態電解質界面相膜時發生的產氣現象為正常產氣，但過渡消耗電解液釋放氣體或正極材料釋氧等現象屬于異常放氣。該現象常出現在軟包電池中，導致電池因內部壓力過大而變形，內部電芯接觸或撐破封裝鋁膜。

電解液中的痕量水分或電極活性材料未烘干會導致電解液中的鋰鹽分解產生氟化氫，腐蝕集流體鋁，破壞黏結劑，并產生氫氣。不合適的電壓范圍會導致電解液中的鏈狀/環狀酯類或醚類發生電化學分解，產生乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、二氧化碳等。

析鋰

析鋰是指在電池的負極表面析出金屬鋰，是一種常見的鋰電池老化失效現象。析鋰會使電池內部的活性鋰離子減少，容量衰竭，且會形成枝晶刺穿隔膜，導致局部電流和產熱過大，影響電池安全性。

熱失控

熱失控是指鋰離子電池內部局部或整體溫度急速上升，熱量無法及時散去，大量積聚在內部，從而誘發副反應的現象。誘發鋰電池熱失控的因素主要是非正常運行條件，如濫用、短路、高溫、擠壓、針刺以及倍率過高等。

內短路

內短路往往會引起鋰離子電池的自放電，導致容量衰減、局部熱失控，引起安全事故。

正極漿料中的過渡金屬雜質未除凈時會刺穿隔膜，促使負極鋰枝晶生成，導致內短路。長循環過程中，局部電荷不均勻的地方會出現鋰枝晶，枝晶透過隔膜導致內短路。

隔膜老化、塌縮、腐蝕等都會導致隔膜失效，失效的隔膜會失去電子絕緣性，其空隙變大使得正負極微接觸，局部發熱嚴重，繼續充放電會向四周擴散，進而導致熱失控。

在電池生產或使用過程中，未修剪的金屬異物穿刺隔膜、電極電池封裝中的極片或極耳發生位移時引起正負極集流體接觸，導致銅/鋁集流體之間的短路。

電池設計制造不合理、電池組組裝過程中壓力過大，以及在電池過沖和過放的誘導下也會出現內短路。

內阻增大

鋰電池內阻增大常伴隨著電池產熱、能量密度下降、電壓和功率下降等問題，導致鋰離子電池內阻增大的主要因素分為電池關鍵材料和電池使用環境。

電池關鍵材料如電解液老化、隔膜縮孔堵塞、電池極耳焊接異常、活性物質與集流體脫離、正極材料的微裂紋與破碎、負極材料的破壞與表面固態電解質界面相過厚、活性物質與導電添加劑的接觸變差等。電池使用環境如高倍率充放、過充或過放、環境溫度過高或過低、制造工藝和電池設計結構等。

容量衰減失效

在標準循環范圍內，容量出現急劇下滑現象屬于容量衰減失效。電池容量衰減失效的根本原因在于材料的失效，且與電池制造工藝、電池使用環境等客觀因素有關。

從材料角度看，造成失效的原因主要有集流體腐蝕、體系微量雜質、電解液分解與變質、正極材料結構失效、負極表面固態電解質界面相過渡生長等。

集流體腐蝕、集流體附著力下降等生成的氟化氫會腐蝕集流體，生成導電性差的化合物，導致歐姆接觸增大或活性物質失效。充放電過程中，銅箔在低電位下被溶解后會沉積在正極表面，也就是“析銅”。集流體失效的常見形式是集流體與活性物質之間的結合力不夠，導致活性物質被剝離，不能為電池提供容量。

六氟磷酸鋰穩定性差，易分解，使電解液中可遷移的鋰離子含量降低。其容易和電解液中的痕量水反應生成氟化氫，腐蝕電池內部。此外，氣密性不好也會引起電解液變質，電解液黏度和色度發生變化，導致傳輸離子性能急劇下滑。

正極材料結構失效包括正極材料顆粒破碎、材料無序化、不可逆相轉變等。錳酸鋰在充放電的過程中會因姜-泰勒變形導致結構發生畸變，甚至發生顆粒破碎，造成顆粒之間的電接觸失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放電過程中會發生“四方晶系-立方晶系”相轉變，氧化鈷鋰材料在充放電過程中由于鋰的過渡脫出會導致鈷進入鋰層，使層狀結構混亂化，制約容量發揮。

石墨電極的失效主要發生在石墨表面，石墨表面與電解液反應，生成固態電解質界面相，過度生長則會導致電池內部體系中鋰離子含量降低，容量衰減。硅類負極材料失效主要是因為巨大的體積膨脹導致的循環性能問題。

電池及材料企業開展的失效分析研究偏重于電池制造工藝和材料的研發制備，以提高電池性能、降低電池成本為目標，力求建立并完善鋰離子電池失效故障樹和失效分析流程。

來源：中國粉體網