{"id":3980,"date":"2021-11-23T11:00:47","date_gmt":"2021-11-23T03:00:47","guid":{"rendered":"https:\/\/darksalmon-dugong-512221.hostingersite.com\/?p=3980"},"modified":"2025-01-17T10:14:23","modified_gmt":"2025-01-17T02:14:23","slug":"classification-of-lithium-battery-failure-and-the-cause-of-failure","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ygspower.com\/de\/classification-of-lithium-battery-failure-and-the-cause-of-failure\/","title":{"rendered":"Klassifizierung von Lithiumbatterieausf\u00e4llen und Ausfallursache"},"content":{"rendered":"

Vor dem Hintergrund der Energiekrise und der Umweltverschmutzung Lithium-Ionen-Batterien als ideale Energiequelle f\u00fcr die Entwicklung im 21. Jahrhundert<\/u><\/a>, haben immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Bei der Herstellung, dem Transport und der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien k\u00f6nnen jedoch einige Fehlerph\u00e4nomene auftreten. Dar\u00fcber hinaus beeintr\u00e4chtigt der Ausfall einer einzelnen Batterie die Leistung und Zuverl\u00e4ssigkeit des gesamten Batteriepakets und kann sogar dazu f\u00fchren, dass das Batteriepaket nicht mehr funktioniert oder andere Sicherheitsprobleme auftreten.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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In den letzten Jahren kam es im In- und Ausland zu zahlreichen Brand- und Explosionsunf\u00e4llen im Zusammenhang mit Batterien: der Brand des Elektroautos Tesla Model S in den USA, der Brandunfall mit der Batterie des Mobiltelefons Samsung Note7, der Brand in der Elektronikfabrik Forte in Wuhan, der Brand in der Fabrik von Samsung SDI in Tianjin usw.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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1. Klassifizierung von Lithiumbatterie<\/a> Versagen<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Um die oben genannten Leistungseinbu\u00dfen und Batteriesicherheitsprobleme zu vermeiden, ist es unbedingt erforderlich, eine Lithiumbatterie-Fehleranalyse durchzuf\u00fchren. Ein Lithiumbatteriefehler bezieht sich auf die Verschlechterung der Batterieleistung oder eine abnormale Nutzungsleistung, die durch bestimmte wesentliche Gr\u00fcnde verursacht wird, und wird in Leistungsfehler und Sicherheitsfehler unterteilt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Zu den Leistungsausf\u00e4llen z\u00e4hlen Kapazit\u00e4tsverlust, Verk\u00fcrzung der Zyklenlebensdauer, anormale Spannung, anormaler Strom, \u00fcberm\u00e4\u00dfiger Innenwiderstand, Selbstentladung, Alterung durch hohe und niedrige Temperaturen, schlechte Ratenleistung und mangelnde Konsistenz.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Zu den Sicherheitsm\u00e4ngeln z\u00e4hlen thermisches Durchgehen, Kurzschluss, Fl\u00fcssigkeitsleckage, Bl\u00e4hungen, Lithiumentwicklung, Verformung durch Ausdehnung und Punktion (Quetschung).<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

2. Gr\u00fcnde f\u00fcr den Ausfall von Lithiumbatterien<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Gr\u00fcnde f\u00fcr den Ausfall von Lithiumbatterien k\u00f6nnen in interne und externe Ursachen unterteilt werden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die interne Ursache bezieht sich haupts\u00e4chlich auf die Art der physikalischen und chemischen Ver\u00e4nderungen des Versagens. Der Forschungsma\u00dfstab kann auf die atomare und molekulare Ebene zur\u00fcckgef\u00fchrt werden, um die thermodynamischen und dynamischen Ver\u00e4nderungen des Versagensprozesses zu untersuchen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Zu den \u00e4u\u00dferen Faktoren z\u00e4hlen St\u00f6\u00dfe, Akupunktur, Korrosion, Verbrennung bei hohen Temperaturen, vom Menschen verursachte Sch\u00e4den und andere \u00e4u\u00dfere Faktoren.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"\"<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

3. H\u00e4ufige Fehlerverhaltens- und Fehlermechanismusanalyse von Lithiumbatterien<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Kapazit\u00e4tsschwundfehler<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u201eBeim Standard-Lebensdauertest sollte die Entladekapazit\u00e4t nicht weniger als 90% der Anfangskapazit\u00e4t betragen, wenn die Anzahl der Zyklen 500 erreicht. Oder die Entladekapazit\u00e4t sollte nicht weniger als 80% der Anfangskapazit\u00e4t betragen, wenn die Anzahl der Zyklen<\/u><\/a>\u00a0Wenn es innerhalb des Standardzyklusbereichs liegt, ist das Ph\u00e4nomen eines starken Kapazit\u00e4tsabfalls ein Fehler bei der Kapazit\u00e4tsd\u00e4mpfung.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Grundursache Batteriekapazit\u00e4t <\/u><\/a>Zerfallsfehler sind Materialfehler und h\u00e4ngen eng mit objektiven Faktoren wie dem Herstellungsprozess der Batterie und der Nutzungsumgebung der Batterie zusammen. Aus materieller Sicht sind die Hauptgr\u00fcnde f\u00fcr den Fehler der strukturelle Fehler des positiven Elektrodenmaterials, das vor\u00fcbergehende Wachstum von SEI auf der negativen Elektrodenoberfl\u00e4che, die Zersetzung und Verschlechterung des Elektrolyten, die Korrosion des Stromkollektors und die Spurenverunreinigungen des Systems.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Strukturelles Versagen des positiven Elektrodenmaterials:<\/u><\/a>\u00a0Zu den strukturellen Fehlern des positiven Elektrodenmaterials geh\u00f6ren das Zerdr\u00fccken von Partikeln des positiven Elektrodenmaterials, irreversible Phasen\u00fcberg\u00e4nge, Materialst\u00f6rungen usw. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs von LiMn2O4 wird die Struktur von LiMn2O4 aufgrund des Jahn-Teller-Effekts verzerrt, und die Partikel k\u00f6nnen sogar brechen, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den Partikeln versagt. Das Material LiMn1,5Ni0,5O4 durchl\u00e4uft w\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs einen Phasen\u00fcbergang \u201etetragonal-kubisches Kristallsystem\u201c. Das Material LiCoO2 gelangt aufgrund des \u00dcbergangs von Li w\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs in die Li-Schicht. Entladevorgang<\/u><\/a>, wodurch die Schichtstruktur chaotisch wird. , wodurch die Kapazit\u00e4t eingeschr\u00e4nkt wird.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Anodenmaterialversagen: Das Versagen der Graphitelektrode tritt haupts\u00e4chlich auf der Graphitoberfl\u00e4che auf. Die Graphitoberfl\u00e4che reagiert mit dem Elektrolyten und bildet die feste Elektrolytgrenzfl\u00e4chenphase (SEI). Wenn \u00fcberm\u00e4\u00dfiges Wachstum zu einer Abnahme der Lithium<\/u><\/a>\u00a0Ionengehalt im internen System der Batterie, f\u00fchrt dies zu einem Kapazit\u00e4tsverlust. Das Versagen von Siliziumanodenmaterialien ist haupts\u00e4chlich auf die Zyklusleistungsprobleme zur\u00fcckzuf\u00fchren, die durch ihre enorme Volumenausdehnung verursacht werden.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Elektrolytversagen: LiPF6 hat eine schlechte Stabilit\u00e4t und zersetzt sich leicht, wodurch die Menge an migrierendem Li+ im Elektrolyten reduziert wird. Es reagiert au\u00dferdem leicht mit Spuren von Wasser im Elektrolyten und erzeugt HF, was zu Korrosion im Inneren der Batterie f\u00fchrt. Eine schlechte Luftdichtigkeit f\u00fchrt zur Verschlechterung des Elektrolyten und zur Ver\u00e4nderung der Viskosit\u00e4t und Farbskala des Elektrolyten, was letztendlich zu einem starken R\u00fcckgang der Ionentransportleistung f\u00fchrt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der Ausfall des Stromkollektors: Der Stromkollektor korrodiert und die Haftung des Stromkollektors nimmt ab. Die durch den Ausfall des Elektrolyten erzeugte HF korrodiert den Stromkollektor und erzeugt Verbindungen mit schlechter Leitf\u00e4higkeit, was zu erh\u00f6htem ohmschen Kontakt oder zum Ausfall des aktiven Materials f\u00fchrt. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs wird die Cu-Folie bei niedrigem Potential aufgel\u00f6st und auf der Oberfl\u00e4che der positiven Elektrode abgelagert, was als \u201eKupferniederschlag\u201c bezeichnet wird. Die h\u00e4ufigste Form des Stromkollektorausfalls besteht darin, dass die Bindungskraft zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material unzureichend ist, was dazu f\u00fchrt, dass sich das aktive Material abl\u00f6st und keine Kapazit\u00e4t f\u00fcr die Batterie bereitstellen kann.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Erh\u00f6hter innerer Widerstand<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der Anstieg des Innenwiderstands von Lithiumbatterien geht mit Ausfallproblemen einher, wie z. B. einer Verringerung der Energiedichte, einer Verringerung von Spannung und Leistung sowie einer W\u00e4rmeentwicklung der Batterie. Die Hauptfaktoren, die zur Erh\u00f6hung des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien f\u00fchren, sind in wichtige Batteriematerialien und die Batterienutzungsumgebung unterteilt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Wichtige Batteriematerialien: Mikrorisse und Br\u00fcche im Material der positiven Elektrode, Zerst\u00f6rung des Materials der negativen Elektrode und \u00fcberm\u00e4\u00dfige SEI an der Oberfl\u00e4che, Alterung des Elektrolyten, Trennung von aktivem Material und Stromkollektor, Verschlechterung des Kontakts zwischen aktivem Material und leitf\u00e4higen Additiven (einschlie\u00dflich Verlust von leitf\u00e4higen Additiven), verstopftes Schrumpfloch der Membran, abnormales Schwei\u00dfen der Batterielasche usw.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Umgebung der Batterienutzung: zu hohe\/zu niedrige Umgebungstemperatur, \u00dcberladung und \u00dcberentladung, hohe Lade- und Entladerate, Herstellungsprozess und Designstruktur der Batterie usw.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"\"<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Interner Kurzschluss<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Interne Kurzschl\u00fcsse f\u00fchren h\u00e4ufig zur Selbstentladung, Kapazit\u00e4tsminderung, lokalem thermischen Durchgehen und Sicherheitsunf\u00e4llen bei Lithium-Ionen-Batterien.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Kurzschluss zwischen Kupfer-\/Aluminium-Stromkollektoren: Unbearbeitete metallische Fremdk\u00f6rper durchbohren w\u00e4hrend der Herstellung oder Verwendung der Batterie die Membran oder Elektrode, und die Verschiebung der Polst\u00fccke oder Laschen im Batteriegeh\u00e4use f\u00fchrt zum Kontakt zwischen den positiven und negativen Stromkollektoren.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Kurzschluss durch Membranversagen: Membranalterung, Membrankollaps, Membrankorrosion usw. f\u00fchren zum Versagen der Membran. Die defekte Membran verliert ihre elektrische Isolierung oder der Spalt zwischen den positiven und negativen Elektroden wird zu Mikrokontakt. Dann kommt es zu starker lokaler Erw\u00e4rmung und fortgesetztes Laden und Entladen breitet sich auf die Umgebung aus, was zu einem thermischen Durchgehen f\u00fchrt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Verunreinigungen verursachen Kurzschl\u00fcsse: Wenn \u00dcbergangsmetallverunreinigungen im Schlamm der positiven Elektrode nicht entfernt werden, kann dies zum Durchstechen des Separators f\u00fchren oder die Bildung von Lithiumdendriten an der negativen Elektrode f\u00f6rdern, was zu internen Kurzschl\u00fcssen f\u00fchrt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Kurzschluss durch Lithium-Dendriten: Lithium<\/u><\/a>\u00a0W\u00e4hrend des langen Zyklus treten an Stellen mit ungleichm\u00e4\u00dfiger lokaler Ladung Dendriten auf und durchdringen die Membran, wo sie interne Kurzschl\u00fcsse verursachen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

W\u00e4hrend des Batteriedesigns und der Batterieherstellung oder der Batteriepackmontage k\u00f6nnen unangemessenes Design oder \u00fcberm\u00e4\u00dfiger lokaler Druck ebenfalls zu internen Kurzschl\u00fcssen f\u00fchren. Interne Kurzschl\u00fcsse treten auch bei \u00dcberschwingen und \u00dcberentladung der Batterie auf.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Gasproduktion<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

W\u00e4hrend des Batterieformierungsprozesses ist das Gasbildungsph\u00e4nomen, das auftritt, wenn der Elektrolyt verbraucht wird, um einen stabilen SEI-Film zu bilden, eine normale Gasbildung, aber das Ph\u00e4nomen des \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Verbrauchs von Elektrolyt und der Sauerstofffreisetzung aus dem Kathodenmaterial ist eine abnormale Gasbildung. Es tritt h\u00e4ufig bei Softpack-Batterien auf, was dazu f\u00fchrt, dass der Innendruck der Batterie zu gro\u00df wird und sich verformt, die Aluminiumfolie der Verpackung rei\u00dft und es zu Problemen mit dem internen Kontakt der Batterie kommt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Spuren von Feuchtigkeit im Elektrolyten oder Elektrodenaktivmaterial<\/u><\/a>\u00a0wird nicht getrocknet, wodurch das Lithiumsalz im Elektrolyt zerf\u00e4llt und HF entsteht, der Stromkollektor Al korrodiert, das Bindemittel zerst\u00f6rt und Wasserstoff entsteht. Die elektrochemische Zersetzung von Ketten-\/zyklischen Estern oder Ethern im Elektrolyt, die durch einen falschen Spannungsbereich verursacht wird, erzeugt C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, CO2 usw.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Thermisches Durchgehen<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Unter thermischem Durchgehen versteht man den schnellen Anstieg der Innen- oder Gesamttemperatur des Lithium-Ionen-Akku<\/u><\/a>, und die W\u00e4rme kann nicht rechtzeitig abgef\u00fchrt werden, und eine gro\u00dfe Menge davon sammelt sich im Inneren und verursacht weitere Nebenreaktionen. Die Faktoren, die zum thermischen Durchgehen von Lithiumbatterien f\u00fchren, sind abnormale Betriebsbedingungen wie Missbrauch, Kurzschluss, hohe Vergr\u00f6\u00dferung, hohe Temperatur, Extrusion und Akupunktur.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Lithium<\/u><\/a><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Lithiumf\u00e4llung ist die Ablagerung von metallischem Lithium auf der Oberfl\u00e4che der negativen Elektrode der Batterie, was ein h\u00e4ufiges Ph\u00e4nomen bei Alterung und Ausfall von Lithiumbatterien ist. Die Lithiumentwicklung reduziert die aktiven Lithiumionen in der Batterie, was zu Kapazit\u00e4tsverlusten und zur Bildung von Dendriten f\u00fchrt, die die Membran durchbohren, was zu \u00fcberm\u00e4\u00dfiger lokaler Strom- und W\u00e4rmeentwicklung und letztendlich zu Sicherheitsproblemen der Batterie f\u00fchrt.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Vor dem Hintergrund der Energiekrise und der Umweltverschmutzung erhalten Lithium-Ionen-Batterien als ideale Energiequelle f\u00fcr die Entwicklung im 21. Jahrhundert immer mehr Aufmerksamkeit. Bei der Herstellung, dem Transport und der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien k\u00f6nnen jedoch einige Fehlerph\u00e4nomene auftreten. Dar\u00fcber hinaus beeintr\u00e4chtigt der Ausfall einer einzelnen Batterie die Leistung und [\u2026]<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":5279,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","_seopress_titles_title":"Preventing Li-ion Battery Failure: Major Causes and Solution","_seopress_titles_desc":"How to Prevent Lithium-Ion Battery Failures: Understanding Causes, Safety Risks, and Effective Solutions for Longer, Safer Battery Life","_seopress_robots_index":"","site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"default","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-3980","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-mylion-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3980"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10607,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3980\/revisions\/10607"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5279"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3980"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3980"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ygspower.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3980"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}