电池失效分析
新能源汽车电池系统的故障分析与故障树分析
新能源汽车电池系统的故障分析与故障树分析新能源汽车的兴起带来了许多创新和颠覆，其中电池系统作为核心部件之一，对车辆性能和安全起着至关重要的作用。
然而，随着使用时间的增加，电池系统也会面临各种故障和问题。
本文将对新能源汽车电池系统的故障进行分析，并通过故障树分析方法提供一种系统化的故障排查和解决方案。
故障分析一：电池寿命衰减在新能源汽车使用过程中，电池会随着循环充放电和时间的推移而衰减，导致续航里程下降。
这可能是因为电池材料老化、电池内阻增加或电池管理系统故障等原因所致。
故障分析二：充电故障充电故障是新能源汽车电池系统常见的问题之一。
充电故障可能是由于充电器故障、充电插头接触不良或充电线路短路等原因引起。
采用故障树分析方法，可以将充电故障进一步细化为不同的故障模式，有助于快速定位故障点。
故障分析三：安全问题电池系统的安全问题一直是新能源汽车发展的瓶颈之一。
例如，过充、过放和过热都可能引发电池系统故障甚至火灾。
这些安全问题可能与电池管理系统失效、电池外部冲击或温度过高等因素有关。
故障分析四：电池均衡电池均衡是指电池包中各个单体电池之间充放电状态的差异。
若出现电池均衡问题，则容易导致电池系统的性能下降和寿命缩短。
电池均衡问题可能是由于充电不均衡、单体电池损坏或电池管理系统逻辑错误引起的。
故障树分析方法：故障树分析是一种系统性的故障分析方法，用于确定导致系统故障的基本事件和其关联关系。
它基于逻辑关系和事件的概率，通过构建逻辑树的方式，将故障事件分解为基本事件，从而找出故障原因。
在新能源汽车电池系统的故障树分析中，我们可以将电池寿命衰减、充电故障、安全问题和电池均衡作为顶事件，逐步分解为更加具体的子事件，直至找出最基本的故障原因。
通过故障树的构建，可以为故障排查提供清晰的思路和逻辑。
综上所述，新能源汽车电池系统的故障分析和故障树分析是解决故障和提升系统性能的关键步骤。
我们需要深入了解电池系统的工作原理和常见故障模式，并运用有效的分析方法，以确保新能源汽车的可靠性、安全性和稳定性。
磷酸铁锂电池失效原因汇总分析
磷酸铁锂电池失效原因汇总分析了解磷酸铁锂电池的失效原因或机理，对于提高电池性能及其大规模生产和使用非常重要。
一、生产过程中的失效在生产过程中，人员、设备、原料、方法、环境是影响产品质量的主要因素，在LiFePO4动力电池的生产过程中也不例外，人员和设备属于管理的范畴，因此我们主要讨论后三个影响因素。
电极活性材料中的杂质对电池造成的失效LiFePO4在合成的过程中，会存在少量的Fe2O3、Fe等杂质，这些杂质会在负极表面还原，有可能会刺穿隔膜引发内部短路。
LiFePO4长时间暴露于空气中，湿气会使电池发生恶化，老化初期材料表面形成无定型磷酸铁，其局部的组成和结构都类似于LiFePO4(OH)；随着OH的嵌入，LiFePO4不断被消耗，表现为体积增大；之后再结晶慢慢形成LiFePO4(OH)。
而LiFePO4中的Li3PO4杂质则表现为电化学惰性。
石墨负极的杂质含量越高，造成的不可逆的容量损失也越大。
化成方式对电池造成的失效活性锂离子的不可逆损失首先体现在形成固体电解质界面膜过程中消耗的锂离子。
研究发现升高化成温度会造成更多的不可逆锂离子损失，因为升高化成温度时,SEI膜中的无机成分所占比例会增加，在有机成分ROCO2Li到无机成分Li2CO3的转变过程中释放的气体会造成SEI膜更多的缺陷，通过这些缺陷溶剂化的锂离子会大量嵌入石墨负极。
在化成时，小电流充电形成的SEI膜的组成和厚度均匀，但耗时；大电流充电会造成更多的副反应发生，造成不可逆锂离子损失加大，负极界面阻抗也会增加，但省时；现在使用较多的是小电流恒流-大电流恒流恒压的化成模式，这样可以兼顾两者的优势。
生产环境中的水分对电池造成的失效在实际生产中，电池不可避免地会接触空气，由于正负极材料大都是微米或纳米级的颗粒、而电解液中溶剂分子存在电负性大的羰基和亚稳定态的碳碳双键，都容易吸收空气中的水分。
水分子和电解液中的锂盐(尤其是LiPF6)发生反应，不仅分解消耗了电解质（分解形成PF5)，还会产生酸性物质HF。
储能锂离子电池失效机理研究与分析
储能锂离子电池失效机理研究与分析储能锂离子电池失效机理研究与分析储能锂离子电池是一种常用于电动汽车和可再生能源储存系统中的重要能量储存装置。
然而，随着使用时间的增加，电池的性能会逐渐下降，最终导致电池失效。
储能锂离子电池失效机制的研究和分析对于提高电池的寿命和性能至关重要。
首先，储能锂离子电池的失效机制可以分为两个主要方面：电池内部化学失效和电池外部物理失效。
在电池内部，电化学反应会引起电池中的锂离子在正负极之间来回迁移。
然而，随着时间的推移，电极材料会发生结构变化，导致电极容量的损失。
同时，锂离子的迁移也会导致电池中的电解质和电极之间的界面问题，如电解液分解、电极极化等。
这些内部化学失效会使电池容量减小、内阻增加，最终导致电池失效。
其次，电池外部物理失效也是导致储能锂离子电池失效的重要因素。
电池在使用过程中会受到温度变化、机械应力、振动等外部环境的影响。
这些因素会导致电池内部材料的膨胀和收缩，进而引起电极材料的剥落、粉化和电解质破裂等问题。
此外，外部物理失效还可能导致电池的短路和过充等安全问题，进一步加速电池的失效。
针对储能锂离子电池失效机制的研究和分析，科学家们采取了多种方法。
首先，他们通过对失效电池进行物理和化学分析，可以观察到电极材料的结构和形貌变化，电解液中的降解产物等，从而确定电池失效的原因。
其次，科学家们通过对电池内部的电化学特性进行测试和分析，如循环伏安测试、电化学阻抗谱等，可以评估电化学性能的衰退情况，从而深入了解电池的失效机制。
此外，他们还通过模拟和仿真等方法，研究电池在不同工作条件下的性能和寿命，以预测电池的失效过程。
综上所述，储能锂离子电池失效机制的研究和分析是提高电池寿命和性能的关键。
通过深入理解电池内部的化学和物理变化，我们可以寻找适当的措施来减少电池失效的发生，如改进电极材料、优化电解液组成、改善电池设计等。
此外，对失效机制的研究还有助于制定更好的电池管理策略，以延长电池的使用寿命并提高其能量储存效率。
锂离子电池的失效分析与故障机理
锂离子电池的失效分析与故障机理中国储能网讯：一、负极活性物质本文对负极材料失效机理的解析主要基于商业化的碳基材料。
虽然，新型负极材料，如硅、锡和一些氧化物，目前被广泛的研究，并取得了较大的科研进展。
然而由于在锂离子脱嵌循环过程中，这些材料容易产生较大的体积膨胀，严重影响其电化学性能。
因此，还未能在商业化电池中广泛使用。
1 SEI膜的生成与生长在商业化锂离子电池体系中，电池的容量损失部分是来自于石墨与有机电解液之间的副反应，石墨很容易与锂离子有机电解液发生电化学反应，特别是溶剂为碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）。
当锂电池在首次充电过程中（化成阶段），负极的石墨与锂离子电解液发生副反应并于石墨表面生成一层固体电解质界面（SEI）膜，这会造成一部分的不可逆容量产生。
SEI膜能够透过Li+，保证了离子的传输，同时保护了活性物质，防止副反应的进一步发生，维持电池活性物质工作的稳定性。
但是，在电池后续的循环过程中，由于电极材料的不断膨胀与收缩导致新的活性位点暴露出来，这会引起一种连续性的损耗失效机制，即电池的容量不断下降。
这种失效机理可归结于电极表面的电化学还原过程，表现为SEI膜厚度的不断增加。
因此，对SEI膜化学组份及形貌的研究能够更深入的了解锂离子电池容量和功率下降的原因。
近年来，研究者们尝试通过对小型电池体系的拆解实验来研究SEI 膜的性质。
电池的拆解过程需要在无水无氧的惰性气体手套箱中进行（<5 ppm）。
电池拆解后，可以通过核磁共振技术（NMR）、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM），原子力显微镜（AFM），X射线吸收光谱（XAF），以及红外（FTIR）和拉曼（Raman）光谱等测试手段研究SEI膜的厚度、形貌、组成、生长过程及机理等。
尽管许多测试手段已被用于表征SEI膜，但是利用更加先进且直接的方式来表征SEI膜在电池中生长的实际模型，仍然是迫切需求的。
电芯失效分析
电芯失效分析
电芯是电池的重要组成部分，它能够提供能量供电器件使用。
电池的
失效通常都是由于电芯的失效而引起的。
电芯失效的原因有很多，但主要
原因是电芯的制造过程中出现的缺陷。
常见的缺陷有：电芯短路、材料缺
乏或质量不一致、毛刺或残留物、电解液的渗漏等等。
另外，使用不当也
可能导致电芯失效。
如果电池使用不当，比如不正确地充电、过度充电、
过度放电或离子自由流动性不足等，都可能会导致电芯失效。
有时，外部
因素也会导致电芯失效。
比如产品在运输或存放时，遇到恶劣的气候环境，会使电芯受到损坏。
环境的温度、湿度过高也会随着时间的推移而影响电
池的使用寿命。
此外，电池在使用过程中，可能会受到外部的电磁干扰影响，也会导致电芯的失效。
总的来说，电池的失效主要是由电芯的制造过
程中出现的缺陷，以及使用不当、外部条件不佳或电磁干扰等因素所导致的。
因此，为了确保电池正常使用，在制造电芯时应采取措施，以免由于
制造参数错误而导致电芯失效；同时，在使用电池时应注意温度、湿度及
电磁干扰等因素的影响，以确保电池的正常使用。
(完整)锂离子电池失效模式分析
功能要求潜在的失效模式
潜在的失效后果
极片漏箔
容量低厚度偏厚
电芯直径偏大，难入壳制程水分控制差
极片掉料，低电压导电剂用量少
内阻大，循环性能差，平台低面密度偏大
正负极容量不匹配，循环性能差压实密度大
极片断裂，容量低，低电压极片长
电芯直径偏大，难入壳，负极包不住正极极片短
容量低极片漏箔
存在严重安全隐患厚度偏厚
电芯直径偏大，难入壳制程水分控制差
极片掉料，严重影响循环性能导电剂用量少
内阻大，循环性能差，平台低面密度偏大
造成电解液量相对偏少，影响循环性能面密度偏小
正负极容量不匹配，循环及安全性能差压实密度大
容量低极片长
电芯直径偏大，难入壳极片短
负极包不住正极，存在严重安全隐患负极与正极片错位
负极包不住正极，存在严重安全隐患横向收缩率大
安全可靠性差，热冲击测试爆炸纵向收缩率大
安全可靠性差，热冲击测试爆炸厚度偏厚电芯偏厚，难入壳宽度偏窄
短路爆炸孔隙率偏小
内阻大水含量高
化成时电池内压大，盖帽反转，电池报废；循环型性能差电导率小于9ms/cm 内阻大，平台低过充性能差
过充4.8V 爆炸用量偏少
内阻大，平台低，成品电池循环衰减快滚槽及封口后钢壳变形正负极短路致电池爆炸封口尺寸不到位
密封差钢壳表面残留电解液及水分钢壳生锈
封口处残存电解液
爬液致封口处钢壳严重生锈温度高于25℃
分容容量偏高温度低于25℃分容容量偏低锂离子电池失效模式分析表
外壳用于保护极组，容纳极组和电解液分容负极片匹配正极容量隔膜把正负极搁开，只让锂离子通过
电解液用于承载锂离子，起导电作用正极片保证电池容量。
基于ＬＳ-ＤＹＮＡ_动力电池包底部球击失效分析
目前ꎬ文献[４ － ８] 将 ＧＩＳＳＭＯ( ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｉｎｃｒｅ￣
收稿日期:２０２２－０７－２８ꎮ
作者简介:程生(１９９０—) ꎬ男ꎬ工程师ꎬ研究方向为新能源电池包机械安全仿真分析ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈｅｎｇｓｈｅｎｇ＠ ｇｏｔｉｏｎ.ｃｏｍ.ｃｎꎮ
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效塑性应变失效值ꎻＤ 为损伤值(０<Ｄ<１) ꎻΔε ｐ 为等
会直接侵入模组底部ꎬ带来安全风险ꎮ 故底板采用
２ 标准样件力学性能实验
可起到双层保护ꎮ
力学性能试验通过实验机获得板材力学性能参
双层底板的设计方案ꎬ底板分上底板和下底板 ２ 层ꎬ
箱盖
螺栓
吊耳
模组
泡棉
上底板
下底板
图 １ 某款动力电池包铝合金箱体结构
ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｖｅ ｗｅｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ.Ｆａｉｌｕｒｅ ｔｉｍｅ ｐｏｉｎｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １７.９％.Ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ
ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍꎬｆａｉｌｕｒｅ ｔｉｍｅꎬｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｅａ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ.Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄ￣
ＣｒａｃｈＦＥＭ 模型以及 ＧＩＳＳＭＯ 模型 [１２－１４] ꎮ 本文采用
线性应变路径成形及非线性损伤积累方式的 ＧＩＳＳ￣
ＭＯ 模型ꎬ作为失效本构模型ꎮ
ＧＩＳＳＭＯ 连续介质材料失效本构模型基于 Ｊ － Ｃ
锂离子电池失效机理
锂离子电池失效机理
锂离子电池的失效机理主要包括容量衰减。
容量衰减进一步分为可逆容量衰减和不可逆容量衰减。
可逆容量衰减是由于电池充放电制度异常或电池使用环境不佳导致的，这类衰减可以通过调整电池充放电制度和改善电池使用环境等措施使丢失的容量恢复。
不可逆容量衰减则是由于电池内部发生了不可逆的改变，产生了不可恢复的容量损失。
这种损失通常与电池制作工艺、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。
此外，锂电池的失效分析分为两个方向：
基于锂电池失效的诊断分析，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。
基于累积失效原因数据库的机理探索分析，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。
以上分析仅供参考，如需更专业的信息，建议咨询电池行业或材料科学领域的专家。