2024年4月1日发(作者：载梦月)
锂电池失效的分类和失效的原因
摘要：为了避免出现性能衰减和电池安全问题，开展锂电池失效分析势在必行。
在能源危机和环境污染的大背景下，锂离子电池作
为21世纪发展的理想能源，受到越来越多的关注。但锂离子电池在生产、运输、使用过程
中会出现某些失效现象。而且单一电池失效之后会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至会
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起火爆炸事
故：美国特斯拉ModelS电动汽车起火事故、三星Note7手机电池起火事故、武汉孚特电
子厂房起火、天津三星SDI工厂起火等……
在能源危机和环境污染的大背景下，锂离子电池作为21世纪发展的理想能源，受到越来越
多的关注。但锂离子电池在生产、运输、使用过程中会出现某些失效现象。而且单一电池失
效之后会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至会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起火爆炸事故：美国特斯拉ModelS电动汽车起火
事故、三星Note7手机电池起火事故、武汉孚特电子厂房起火、天津三星SDI工厂起火
等……
▍锂电池失效的分类
为了避免上述出现的性能衰减和电池安全问题，开展锂电池失效分析势在必行。锂电池的失
效是指由某些特定的本质原因导致电池性能衰减或使用性能异常，分为性能失效和安全性失
效。
▍锂电池失效的原因
锂电池失效的原因可以分为内因和外因。
内因主要指的是失效的物理、化学变化本质，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失
效过程的热力学、动力学变化。
外因包括撞击、针刺、腐蚀、高温燃烧、人为破坏等外部因素。
锂电池失效的内部情况
▍锂电池常见失效表现及失效机理分析
◆容量衰减失效
“标准循环寿命测试时，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
循环次数达到1000次时放电容量不应低于初始容量的80%”，若在标准循环范围内，容
量出现急剧下滑现象均属于容量衰减失效。
电池容量衰减失效的根源在于材料的失效，同时与电池制造工艺、电池使用环境等客观因素
有紧密联系。从材料角度看，造成失效的原因主要有正极材料的结构失效、负极表面SEI
过渡生长、电解液分解与变质、集流体腐蚀、体系微量杂质等。
正极材料的结构失效：正极材料结构失效包括正极材料颗粒破碎、不可逆相转变、材料无序
化等。LiMn2O4在充放电过程中会因Jahn-Teller效应导致结构发生畸变，甚至会发生颗
粒破碎，造成颗粒之间的电接触失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放电过程中会发生“四
方晶系-立方晶系”相转变，LiCoO2材料在充放电过程中由于Li的过渡脱出会导致Co进
入Li层，造成层状结构混乱化，制约其容量发挥。
负极材料失效：石墨电极的失效主要发生在石墨表面，石墨表面与电解液反应，生产固态电
解质界面相(SEI)，如果过度生长会导致电池内部体系中锂离子含量降低，结果就是导致容
量衰减。硅类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，容易分解使电解液中可迁移Li+含量降低。它还容易和电解
液中的痕量水反应生成HF，造成电池内部被腐蚀。气密性不好引起电解液变质，电解液黏
度和色度都发生变化，最终导致传输离子性能急剧下滑。
集流体的失效：集流体腐蚀、集流体附着力下降。上述电解液失效生成的HF会对集流体造
成腐蚀，生成导电性差的化合物，导致欧姆接触增大或活性物质失效。充放电过程中Cu箔
在低电位下被溶解后，沉积在正极表面，这就是所谓的“析铜”。集流体失效常见的形式是
集流体与活性物之间的结合力不够导致活性物质剥离，不能为电池提供容量。
◆内阻增大
锂电池内阻增大会伴随有能量密度下降、电压和功率下降、电池产热等失效问题。导致锂离
子电池内阻增大的主要因素分为电池关键材料和电池使用环境。
电池关键材料：正极材料的微裂纹与破碎、负极材料的破坏与表面SEI过厚、电解液老化、
活性物质与集流体脱离、活性物质与导电添加剂的接触变差(包括导电添加剂的流失)、隔膜
缩孔堵塞、电池极耳焊接异常等。
电池使用环境：环境温度过高/低、过充过放、高倍率充放、制造工艺和电池设计结构等。
◆内短路
内短路往往会引起锂离子电池的自放电，容量衰减，局部热失控以及引起安全事故。
铜/铝集流体之间的短路：电池生产或使用过程中未修剪的金属异物穿刺隔膜或电极、电池
封装中极片或极耳发生位移引起正、负集流体接触引起的。
2024年4月1日发(作者：载梦月)
锂电池失效的分类和失效的原因
摘要：为了避免出现性能衰减和电池安全问题，开展锂电池失效分析势在必行。
在能源危机和环境污染的大背景下，锂离子电池作
为21世纪发展的理想能源，受到越来越多的关注。但锂离子电池在生产、运输、使用过程
中会出现某些失效现象。而且单一电池失效之后会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至会
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起火爆炸事
故：美国特斯拉ModelS电动汽车起火事故、三星Note7手机电池起火事故、武汉孚特电
子厂房起火、天津三星SDI工厂起火等……
在能源危机和环境污染的大背景下，锂离子电池作为21世纪发展的理想能源，受到越来越
多的关注。但锂离子电池在生产、运输、使用过程中会出现某些失效现象。而且单一电池失
效之后会影响整个电池组的性能和可靠性，甚至会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起火爆炸事故：美国特斯拉ModelS电动汽车起火
事故、三星Note7手机电池起火事故、武汉孚特电子厂房起火、天津三星SDI工厂起火
等……
▍锂电池失效的分类
为了避免上述出现的性能衰减和电池安全问题，开展锂电池失效分析势在必行。锂电池的失
效是指由某些特定的本质原因导致电池性能衰减或使用性能异常，分为性能失效和安全性失
效。
▍锂电池失效的原因
锂电池失效的原因可以分为内因和外因。
内因主要指的是失效的物理、化学变化本质，研究尺度可以追溯到原子、分子尺度，研究失
效过程的热力学、动力学变化。
外因包括撞击、针刺、腐蚀、高温燃烧、人为破坏等外部因素。
锂电池失效的内部情况
▍锂电池常见失效表现及失效机理分析
◆容量衰减失效
“标准循环寿命测试时，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
循环次数达到1000次时放电容量不应低于初始容量的80%”，若在标准循环范围内，容
量出现急剧下滑现象均属于容量衰减失效。
电池容量衰减失效的根源在于材料的失效，同时与电池制造工艺、电池使用环境等客观因素
有紧密联系。从材料角度看，造成失效的原因主要有正极材料的结构失效、负极表面SEI
过渡生长、电解液分解与变质、集流体腐蚀、体系微量杂质等。
正极材料的结构失效：正极材料结构失效包括正极材料颗粒破碎、不可逆相转变、材料无序
化等。LiMn2O4在充放电过程中会因Jahn-Teller效应导致结构发生畸变，甚至会发生颗
粒破碎，造成颗粒之间的电接触失效。LiMn1.5Ni0.5O4材料在充放电过程中会发生“四
方晶系-立方晶系”相转变，LiCoO2材料在充放电过程中由于Li的过渡脱出会导致Co进
入Li层，造成层状结构混乱化，制约其容量发挥。
负极材料失效：石墨电极的失效主要发生在石墨表面，石墨表面与电解液反应，生产固态电
解质界面相(SEI)，如果过度生长会导致电池内部体系中锂离子含量降低，结果就是导致容
量衰减。硅类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，容易分解使电解液中可迁移Li+含量降低。它还容易和电解
液中的痕量水反应生成HF，造成电池内部被腐蚀。气密性不好引起电解液变质，电解液黏
度和色度都发生变化，最终导致传输离子性能急剧下滑。
集流体的失效：集流体腐蚀、集流体附着力下降。上述电解液失效生成的HF会对集流体造
成腐蚀，生成导电性差的化合物，导致欧姆接触增大或活性物质失效。充放电过程中Cu箔
在低电位下被溶解后，沉积在正极表面，这就是所谓的“析铜”。集流体失效常见的形式是
集流体与活性物之间的结合力不够导致活性物质剥离，不能为电池提供容量。
◆内阻增大
锂电池内阻增大会伴随有能量密度下降、电压和功率下降、电池产热等失效问题。导致锂离
子电池内阻增大的主要因素分为电池关键材料和电池使用环境。
电池关键材料：正极材料的微裂纹与破碎、负极材料的破坏与表面SEI过厚、电解液老化、
活性物质与集流体脱离、活性物质与导电添加剂的接触变差(包括导电添加剂的流失)、隔膜
缩孔堵塞、电池极耳焊接异常等。
电池使用环境：环境温度过高/低、过充过放、高倍率充放、制造工艺和电池设计结构等。
◆内短路
内短路往往会引起锂离子电池的自放电，容量衰减，局部热失控以及引起安全事故。
铜/铝集流体之间的短路：电池生产或使用过程中未修剪的金属异物穿刺隔膜或电极、电池
封装中极片或极耳发生位移引起正、负集流体接触引起的。