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章节内容20.1、失效分析方法20.2、电池失效分析20.3、锂离子电池热失控**失效模式和影响分析FMEA（FailureModeandEffectAnalysis），是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法，也称潜在失效模式及后果分析，FMEA有三种类型，分别是系统FMEA、设计FMEA（DFMEA）和工艺FMEA（PFMEA）。FMEA是在产品设计阶段和过程设计阶段，对构成产品的子系统、零件，和对构成过程的各个工序逐一进行分析，找出所有潜在的失效模式，并分析其可能的后果，从而预先采取必要的措施，以提高产品的质量和可靠性的一种系统化的活动。**20.1失效分析方法20.1失效分析方法国家标准GB3187-82中定义：失效（故障）是产品丧失规定的功能。对可修复产品失效，通常也称为故障。锂离子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，本书把锂离子电池失效分为：失效表现、失效原因、失效机理、失效逻辑和失效测试方法等5个方面来进行分析。失效分析表现锂离子电池的失效主要分为两类：一类为性能失效，另一类为安全性失效，见表20-1所示。性能失效指的是锂离子电池的性能达不到使用要求和相关指标，主要有容量衰减或跳水、循环寿命短、倍率性能差、一致性差、易自放电、高低温性能衰减等。安全性失效指的是锂离子电池由于使用不当或者滥用，出现的具有一定安全风险的失效，主要有热失控、胀气、漏液、析锂、短路、膨胀形变等。失效分析的诞生伴随失效现象，以判定和预防其发生为目的。失效分析是一种判断产品失效模式、分析失效原因、预测或预防失效现象的技术活动和管理活动。人们对锂离子电池的使用性能指标提出了更高的要求，尤其凸显在体积/质量能量密度、功率密度、循环寿命、成本、安全性能等方面。20.2电池失效分析20.2电池失效分析**应用前景类型名称类型名称?容量跳水?热失控?循环寿命衰减?短路?电压异常?漏液性能失效电流异常安全性失效胀气?电阻过大?析锂?自放电?膨胀变形?高/低温失效?刺穿?倍率性能差?挤压?一致性差??表20-1常见锂离子电池失效的分类虽然产品的诞生伴随着失效，但失效为人们所认知是从失效现象开始，所以失效分析工作要始于失效现象。首先应从锂离子电池失效现象着手，锂离子电池失效现象是锂离子电池失效分析的第一步，是最直接最重要的失效信息之一。若没有充分掌握和分析锂离子电池失效的信息，则不能准确获取锂离子电池失效的根本原因，因而不仅不能提供建设性建议或可靠性评估。20.2电池失效分析失效原因分析

失效是失效原因的最终表现，也是失效原

因在一定时间内叠加失效现象的结果。失

效分析的重要任务之一是对失效原因进行

准确判定。常见的锂离子电池失效原因有

活性物质的结构变化、活性物质相变、活

性颗粒出现裂纹或破碎、过渡金属溶出、

体积膨胀、固体电解质界面（SEI）过度生

长、SEI分解、锂枝晶生长、电解液分解或

失效、电解液不足、电解液添加剂的失配、集流体腐蚀或溶解、导电剂失效、黏结剂失效、隔膜老化失效、隔膜孔隙阻塞、极片出现偏析、材料团聚、电芯设计异常、电芯分容老化过程异常等。图20-1展示的是锂离子电池内部失效情况。

**20.2电池失效分析锂离子电池的诊断分析以锂离子电池失效为

出发点，根据电池的失效表现，对电池进行

电池外观检测、电池无损检测、电池有损检

测以及综合分析。面对实际案例时，需要根

据不同情况对分析流程及测试项目进行调整

和优化。以容量衰减电池失效分析为例，如

图20-2所示，结合失效表现和使用条件细化

失效行为，并提供相应分析侧重点。如正常

循环衰减，则后期分析注重于材料结构变化

、SEI过度生长以及析锂等因素。通过对失

效电池外观检查,确定是否存在外部结构变

化或电解液外漏等因素。无损检测主要包括

微米X射线断面扫描（XCT）和全电池电化

学测试。通过无损检测分析的结论，进一步

确认内部结构变化情况、量化失效行为、选

择测试项目、调整分析流程。**20.2电池失效分析失效机理分析

对于锂离子电池失效机理来说，主要是失效材料

分析，材料的失效主要指的是材料结构、性质、

形貌等发生异常和材料间失配。例如，正极材料

因局部锂离子脱嵌速率不一致导致材料所受应力

不均而产生的颗粒破碎，硅负极材料因充放电过

程中发生体积膨胀收缩而出现的破碎粉化，电解

液受到湿度温度的影响发生分解或变质，石墨负极与电解液中添加剂的碳酸丙烯酯（PC）发生的溶剂共嵌入问题，N/P（负极片容量与正极片容量的比值）过小导致的析锂。以材