西安雁塔三元锂电池回收之锂电池系统性的发展,

  失效分析已在机械领域和航空领域得到系统性的发展, 而在锂电池领域还未得到系统的研究.本文对锂电池失效分析的定义、失效表现、失效原因、分析内容、分析流程等进行了简述。未来失效分析将可能从以下几个方面进行:

  首先是对电池基础问题的研究工作, 这部分是失效分析的基础, 需借用先进表征分析技术对材料、电芯的结构、性质以及反应规律进行探究; 

  其次是对不同体系、不同失效表现的电池的测试分析技术进行规范化、标准化和模块化,并在此基础上建立高效、准确、普适的失效分析流程,这部分是失效分析体系化的必由之路; 再次是充分利用计算机模拟技术对影响锂电池性能的多因素、多环节等模拟分析,以缩短数据库积累周期,考虑多因素之间的相互作用;

  最后是对失效分析方法和思路进行归纳和模块化,使之能对不同的体系保持良好的移植性, 例如钠离子电池、全固态电池、锂硫电池、空气电池等。

西安雁塔三元锂电池回收之动力电池的主流发展方向

  随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能以及适中的制造成本成为众多动力电池的主流发展方向

  [1]。随着材料及电池性能技术不断突破和生产成本的逐步下降，锂离子电池质轻、续航里程长、适用范围广、能量密度高、输出功率高的优势将逐步得到强化，被作为主要的动力电池发展，是当今新能源车动力电池的主要类型

  [2]。目前国内外产业化应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂(以下简称为LFP)、锰酸锂、三元(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)等

  [3]，其中磷酸铁锂以其较高的安全稳定性、较长的循环寿命和更低的成本优势在国内得到了迅速的成长。

   [4]，伴随着新能源汽车及动力电池的快速发展，近几年磷酸铁锂材料行业技术工艺不断成熟，同质化竞争凸出，基于技术快速迭代和产业生态合作，磷酸铁锂市场在稳步成长中加快向龙头企业集中，行业集中度进一步提升。磷酸铁锂固有的成本优势，在成本敏感的市场存在顽强的生存空间，叠加一些新技术方案可在一定程度解决性能短板。

  在过去的一年，磷酸铁锂产业链需求已经回暖，供需格局得到了改善，磷酸铁锂在动力电池市场地位回升将会得到进一步强化。

西安雁塔三元锂电池回收之锂电池的安全测试

  过充是目前锂电池安全测试中较难通过的一项，因此有必要了解过充机理及目前防过充的措施。锂电池过充时会产生热量和气体，热量包括欧姆热和副反应产生的热，其中欧姆热占主要。

  过充引发的电池副反应，首先是过量的锂嵌入负极，在负极表面会生长锂枝晶（N/P比会影响锂枝晶生长的起始SOC）。其次是过量的锂从正极脱出，引起正极结构坍塌，放出热量和释放出氧。氧气会加速电解液的分解，电池内压不断升高，一定程度后安全阀开启。活性物质和空气的接触会进一步产生更多的热量。

西安雁塔三元锂电池回收之全自动电池的拆解仪器

  全自动电池拆解仪器目前处于试用阶段,发展了针对不同型号电池的气体收集装置,以及发展了常规测试设备的气氛保护壳或样品转移盒以实现样品转移和测试过程中的惰性气氛保护。

  锂电池内部各类失效常规的表征分析技术,分别从电极和材料两个角度讲解了电极表面覆盖膜、颗粒表面覆盖膜、材料孔隙堵塞、材料接触失效、颗粒破碎、过渡金属溶出与迁移等失效的表征技术。而在更为微观的原子层面的材料失效表征,以及三维成像表征方面仍然存在不足。

  因此,一些原位实验技术、同步辐射技术、中子衍射技术、重构成像技术、纳米CT、球差电镜等也被引入到锂电池失效分析中, 揭示了更深层次的失效机理。但失效分析并不是以高端表征分析手段为噱头,而是根据失效问题进行严格、完备的逻辑分析后, 制定合适的分析流程,采用必要的表征分析手段。

西安雁塔三元锂电池回收之锂电池材料失效的分析

  锂电池材料失效的分析需要使用到样品收集/筛选技术、样品转移技术、合理准确的表征分析技术。在对样品进行收集和筛选之前,对不同规格的电芯进行合理有效的拆解十分重要.。

  现阶段多为手动拆解或半自动化拆解, 拆解过程中存在短路、破坏关键材料等隐患。电池内产气和电解液的收集仍然存在一定困难, 尤其在产气收集过程中容易引入杂质气体,剩余电解液量过少导致不易收集以及测试困难. 绝大多数锂电池材料对空气敏感, 尤其对空气中的水分和氧分.这也对样品的转移技术提出了一些要求。

西安雁塔三元锂电池回收之电池失效分析的最终目的

  失效分析的最终目的是确定准确的失效模式,定量分析准确的失效原因,尤其是理清失效机理,积累失效分析数据库,完成“失效现象-失效模 式-失效原因-改进措施-模拟实验”完整数据链以及“原始材料-制备工艺-使用环境-梯度利用及拆解回收”全寿命周期的失效研究。现阶段,正在构建“锂电池失效数据库”。

  未来,锂电池失效分析将实现电子化和智能化,通过采集失效现象,结合“锂电池失效数据库”,给出失效机理初步预测以及合理、高效的测试分析流程. 在此过程中,还需要解决很多困难,例如: 优化失效分析流程、提供测试分析技术、攻克测试技术难点、规范测试分析方法等.

西安雁塔三元锂电池回收之内阻当然是越小越好

   电池内阻这参数跟负载轻重、电池温度等因素变化而变化，电池寿命减少内阻也在逐渐增大。内阻越小的电池越可以高倍率充放电，18650的普通容量型电池内阻在50mΩ左右，动力型的18650电池在20mΩ以内。  现在测电池内阻的大小市面上有多种多样的内阻测试仪都可以测出来，比较方便！  

  电池的一致性  最后一方面的就是单电池组成电池组，电池组的电池一致性要求比较高。一般采用相同材料、相同工艺生产的电池在容量、内阻、充放电曲线上的一致较好。电池能否大规模组成电池组这一点非常关键，电池组规模越大对一致性要求越高。

西安雁塔三元锂电池回收之锂电池的失效的方向

  锂电池的失效分析分为两个方向: 

  其一为基于锂电池失效的诊断分析, 是以失效为出发点, 追溯到电池材料的失效机理, 以达到分析失效原因的目的; 

  其二为基于累积失效原因数据库的机理探索分析, 是以设计材料的失效点为出发点, 探究锂电池失效发生过程的各类影响因素, 以达到预防为主的目的.