{"id":6910,"date":"2022-04-29T10:13:19","date_gmt":"2022-04-29T02:13:19","guid":{"rendered":"https:\/\/darksalmon-dugong-512221.hostingersite.com\/?p=6910"},"modified":"2022-04-29T10:13:24","modified_gmt":"2022-04-29T02:13:24","slug":"lithium-battery-failure-classification-and-failure-reasons%ef%bf%bc","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ygspower.com\/de\/lithium-battery-failure-classification-and-failure-reasons%ef%bf%bc\/","title":{"rendered":"Klassifizierung und Gr\u00fcnde f\u00fcr Lithiumbatterieausf\u00e4lle\ufffc"},"content":{"rendered":"
\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Vor dem Hintergrund der Energiekrise und der Umweltverschmutzung Lithium-Ionen-Batterien<\/strong><\/u><\/strong><\/a>, als ideale Energiequelle f\u00fcr die Entwicklung des 21. Jahrhunderts, haben immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Bei der Herstellung, dem Transport und der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien k\u00f6nnen jedoch einige Fehler 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>\n\n\n\n

In den letzten Jahren gab es viele\u00a0<\/strong>Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>-bezogene Brand- und Explosionsunf\u00e4lle im In- und Ausland: der Brandunfall des Elektrofahrzeugs Tesla Model S in den USA, der Brandunfall des Mobiltelefonakkus des Samsung Note7, der Brand in der Elektronikfabrik Fute in Wuhan, der Brand in der Fabrik von Samsung SDI in Tianjin usw.<\/p>\n\n\n\n

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1. Klassifizierung von Lithiumbatterieausf\u00e4llen<\/p>\n\n\n\n

Um die oben genannten Leistungseinbu\u00dfen zu vermeiden und Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Sicherheitsprobleme ist es zwingend erforderlich, Fehleranalysen von Lithiumbatterien durchzuf\u00fchren. Der Ausfall von Lithiumbatterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> bezieht sich auf die Verschlechterung der Batterieleistung oder anormale Nutzungsleistung, die durch bestimmte wesentliche Gr\u00fcnde verursacht wird und in Leistungsfehler und Sicherheitsfehler unterteilt wird.<\/p>\n\n\n\n

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

Zu den Sicherheitsm\u00e4ngeln z\u00e4hlen thermisches Durchgehen, Kurzschluss, Fl\u00fcssigkeitsleckage, Bl\u00e4hungen, Lithiumentwicklung, Ausdehnungsverformung und Punktion (Extrusion).<\/p>\n\n\n\n

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2. Gr\u00fcnde f\u00fcr das Scheitern von Lithiumbatterien<\/strong><\/u><\/strong><\/a><\/p>\n\n\n\n

Die Gr\u00fcnde f\u00fcr das Scheitern von Lithiumbatterien<\/strong><\/u><\/strong> <\/u><\/a>k\u00f6nnen in interne und externe Ursachen unterteilt werden.<\/p>\n\n\n\n

Interne Faktoren beziehen sich haupts\u00e4chlich auf die Art der physikalischen und chemischen Ver\u00e4nderungen des Versagens. Der Forschungsma\u00dfstab l\u00e4sst sich auf die atomare und molekulare Ebene zur\u00fcckf\u00fchren, und die thermodynamischen und kinetischen Ver\u00e4nderungen des Versagensprozesses werden untersucht.<\/p>\n\n\n\n

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

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

Kapazit\u00e4tsschwund-Fehler<\/p>\n\n\n\n

\u201eBeim Standard-Lebensdauertest darf die Entladekapazit\u00e4t nicht weniger als 90% der Anfangskapazit\u00e4t betragen, wenn die Anzahl der Zyklen 500 erreicht. Oder die Entladekapazit\u00e4t darf nicht weniger als 80% der Anfangskapazit\u00e4t betragen, wenn die Anzahl der Zyklen 1000 erreicht.\u201c Wenn die Kapazit\u00e4t stark abnimmt, handelt es sich um einen Kapazit\u00e4tsabfallfehler.<\/p>\n\n\n\n

Die Grundursache Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Kapazit\u00e4tsabfallfehler sind Materialfehler und h\u00e4ngen eng mit objektiven Faktoren wie dem Herstellungsprozess der Batterie zusammen und Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Nutzungsumgebung. Aus materieller Sicht sind die Hauptgr\u00fcnde f\u00fcr das Versagen das strukturelle Versagen 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 im System.<\/p>\n\n\n\n

Strukturelles Versagen von Kathodenmaterialien: Strukturelles Versagen von Kathodenmaterialien umfasst Partikelbruch von Kathodenmaterialien, irreversible Phasen\u00fcberg\u00e4nge und Materialst\u00f6rungen. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs von LiMn2O4 wird die Struktur von LiMn2O4 aufgrund des Jahn-Teller-Effekts verzerrt und sogar die Partikel werden gebrochen, was zum Versagen des elektrischen Kontakts zwischen den Partikeln f\u00fchrt. Das Material LiMn1,5Ni0,5O4 durchl\u00e4uft w\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs einen Phasen\u00fcbergang vom Typ \u201etetragonal-kubisches System\u201c. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs dringt das Material LiCoO2 aufgrund des \u00dcbergangs und der Freisetzung von Li in die Li-Schicht ein, was zu einer ungeordneten Schichtstruktur f\u00fchrt und seine Kapazit\u00e4t einschr\u00e4nkt.<\/p>\n\n\n\n

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Ausfall des negativen Elektrodenmaterials: Der Ausfall der Graphitelektrode tritt haupts\u00e4chlich auf der Graphitoberfl\u00e4che auf. Die Graphitoberfl\u00e4che reagiert mit dem Elektrolyten und bildet eine feste Elektrolyt-Zwischenphase (SEI). \u00dcberm\u00e4\u00dfiges Wachstum f\u00fchrt zu einer Verringerung des Lithiumionengehalts im inneren System der Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>, was zu einem Kapazit\u00e4tsverlust f\u00fchrt. Der Ausfall von Anodenmaterialien auf Siliziumbasis ist haupts\u00e4chlich auf Probleme mit der Zyklusleistung zur\u00fcckzuf\u00fchren, die durch ihre enorme Volumenausdehnung verursacht werden.<\/p>\n\n\n\n

Elektrolytversagen: LiPF6 hat eine schlechte Stabilit\u00e4t und zersetzt sich leicht, was den Gehalt an \u00fcbertragbarem Li+ im Elektrolyten verringert. Es reagiert auch leicht mit Spuren von Wasser im Elektrolyten und bildet HF, was zu innerer Korrosion des Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>. Eine mangelhafte Luftdichtheit f\u00fchrt zu einer Verschlechterung des Elektrolyten und zu einer Ver\u00e4nderung der Viskosit\u00e4t und Farbart des Elektrolyten, was letztendlich zu einer starken Abnahme der Ionentransportleistung f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Ausfall des Stromkollektors: Korrosion des Stromkollektors, Verringerung der Haftung des Stromkollektors. Die durch den Ausfall des oben genannten Elektrolyten erzeugte HF korrodiert den Stromkollektor und erzeugt Verbindungen mit schlechter Leitf\u00e4higkeit, was zu erh\u00f6htem ohmschen Kontakt oder zum Ausfall aktiver Materialien f\u00fchrt. W\u00e4hrend des Lade- und Entladevorgangs wird die Cu-Folie, nachdem sie bei niedrigem Potential aufgel\u00f6st wurde, auf der Oberfl\u00e4che der positiven Elektrode abgelagert, was als \u201eKupferniederschlag\u201c bezeichnet wird. Eine h\u00e4ufige Form des Stromkollektorausfalls besteht darin, dass die Bindungskraft zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material unzureichend ist, was zum Abl\u00f6sen des aktiven Materials f\u00fchrt, das keine Kapazit\u00e4t f\u00fcr die Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>.<\/p>\n\n\n\n

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Der innere Widerstand steigt<\/p>\n\n\n\n

Die Erh\u00f6hung des Innenwiderstandes von Lithiumbatterien<\/strong><\/u><\/strong><\/a> wird von Ausf\u00e4llen wie einer Abnahme der Energiedichte, einer Abnahme der Spannung und Leistung begleitet sein und Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> W\u00e4rmeentwicklung. Die Hauptfaktoren, die zur Erh\u00f6hung des Innenwiderstands von Lithium-Ionen-Batterien f\u00fchren, sind auf die wichtigsten Batteriematerialien und die Batterienutzungsumgebung zur\u00fcckzuf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Wichtige Batteriematerialien: Mikrorisse und Zerkleinerung von positiven Elektrodenmaterialien, Zerst\u00f6rung von negativen Elektrodenmaterialien und \u00fcberm\u00e4\u00dfige Oberfl\u00e4chen-SEI, Alterung des Elektrolyten, Trennung von aktiven Materialien von Stromkollektoren, schlechter Kontakt zwischen aktiven Materialien und leitf\u00e4higen Additiven (einschlie\u00dflich Verlust von leitf\u00e4higen Additiven), Das Schrumpfloch der Membran ist blockiert und das Schwei\u00dfen der Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Registerkarte ist abnormal usw.<\/p>\n\n\n\n

Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>\u00a0Nutzungsumgebung: hohe\/niedrige Umgebungstemperatur, \u00dcberladung und \u00dcberentladung, hohe Lade- und Entladerate, Herstellungsprozess und Batteriedesignstruktur usw.<\/p>\n\n\n\n

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

Interne Kurzschl\u00fcsse f\u00fchren h\u00e4ufig zur Selbstentladung, zum Kapazit\u00e4tsverlust, zum lokalen thermischen Durchgehen und zu Sicherheitsunf\u00e4llen bei Lithium-Ionen-Akkus.<\/p>\n\n\n\n

Kurzschluss zwischen Kupfer-\/Aluminium-Stromkollektoren: verursacht durch den Kontakt zwischen positiven und negativen Stromkollektoren, verursacht durch unbeschnittene metallische Fremdk\u00f6rper, die den Separator oder die Elektroden w\u00e4hrend der Batterieproduktion oder -verwendung durchbohren, und durch die Verschiebung von Polst\u00fccken oder Laschen in Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Verpackung.<\/p>\n\n\n\n

Kurzschluss durch Membranversagen: Membranalterung, Membrankollaps, Membrankorrosion usw. f\u00fchren zum Membranversagen. Die defekte Membran verliert elektronisch<\/strong><\/u><\/strong>\u00a0<\/u><\/a>Die Isolierung oder der Abstand wird gr\u00f6\u00dfer, sodass die positiven und negativen Elektroden leicht in Kontakt kommen, was zu einer starken lokalen Erw\u00e4rmung f\u00fchrt. Weiteres Laden und Entladen breitet sich aus, was zu einem thermischen Durchgehen f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

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Verunreinigungen f\u00fchren zu Kurzschl\u00fcssen: Wenn die \u00dcbergangsmetallverunreinigungen in der positiven Elektrodenaufschl\u00e4mmung nicht gereinigt werden, durchbohren sie den Separator oder f\u00f6rdern die Bildung von <\/strong>Lithium<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Dendriten in der negativen Elektrode, was zu einem internen Kurzschluss f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Kurzschluss durch Lithiumdendriten: Li-Dendriten treten w\u00e4hrend des langen Zyklus an Stellen auf, an denen die lokale Ladung nicht gleichm\u00e4\u00dfig ist. Die Dendriten durchdringen den Separator und verursachen interne Kurzschl\u00fcsse.<\/p>\n\n\n\n

Im Prozess der Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>\u00a0Auch Design und Herstellung oder die Montage des Akkupacks, unangemessenes Design oder \u00fcberm\u00e4\u00dfiger lokaler Druck k\u00f6nnen zu internen Kurzschl\u00fcssen f\u00fchren. Interne Kurzschl\u00fcsse k\u00f6nnen auch durch \u00dcberschwingen und \u00dcberentladung der Batterie auftreten.<\/p>\n\n\n\n

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

W\u00e4hrend der Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a> Bildungsprozess, das Ph\u00e4nomen der Gasproduktion, das auftritt, wenn der Elektrolyt verbraucht wird, um einen stabilen SEI-Film zu bilden, ist eine normale Gasproduktion, aber das Ph\u00e4nomen des \u00fcberm\u00e4\u00dfigen Verbrauchs von Elektrolyt zur Freisetzung von Gas oder der Freisetzung von Sauerstoff aus positiven Elektrodenmaterialien ist eine abnormale Gasproduktion. Es tritt h\u00e4ufig bei Softpack-Batterien auf, was zu \u00fcberm\u00e4\u00dfigem Innendruck und Verformung der Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>, Riss der Verpackungsaluminiumfolie und Probleme mit dem internen Zellkontakt.<\/p>\n\n\n\n

Die Spurenfeuchtigkeit im Elektrolyten oder im Elektrodenaktivmaterial wird nicht getrocknet, was zur Zersetzung des Lithium<\/strong><\/u><\/strong><\/a>\u00a0Salz im Elektrolyten erzeugt HF, das den Stromkollektor Al korrodiert und das Bindemittel zerst\u00f6rt, wodurch Wasserstoff entsteht. Die elektrochemische Zersetzung von Ketten-\/zyklischen Estern oder Ethern im Elektrolyten, die durch einen ungeeigneten Spannungsbereich verursacht wird, erzeugt C2H4, C2H6, C3H6, C3H8, CO2 usw.<\/p>\n\n\n\n

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

Unter thermischem Durchgehen versteht man den schnellen Anstieg der lokalen oder allgemeinen Temperatur im Inneren <\/strong>Lithium-Ionen-Akku<\/strong><\/u><\/strong><\/a>, die W\u00e4rme kann nicht rechtzeitig abgef\u00fchrt werden, im Inneren staut sich eine gro\u00dfe Menge W\u00e4rme und es werden weitere Nebenreaktionen ausgel\u00f6st. Die Faktoren, die das thermische Durchgehen von Lithiumbatterien verursachen, sind abnormale Betriebsbedingungen, d. h. Missbrauch, Kurzschluss, hohe Rate, hohe Temperatur, Extrusion und Akupunktur.<\/p>\n\n\n\n

Lithiumf\u00e4llung<\/p>\n\n\n\n

Lithiumf\u00e4llung ist die Ausf\u00e4llung von metallischen Lithium<\/strong><\/u><\/strong><\/a> auf der Oberfl\u00e4che der negativen Elektrode der Batterie, was ein h\u00e4ufiges Alterungsversagen von Lithiumbatterien ist. Lithiumablagerungen reduzieren die aktiven Lithiumionen in der Batterie, was zu einem Kapazit\u00e4tsverlust f\u00fchrt, und bilden Dendriten, die den Separator durchbohren, was zu \u00fcberm\u00e4\u00dfiger lokaler Strom- und W\u00e4rmeentwicklung und letztendlich zu Sicherheitsproblemen der Batterie f\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Chinas Fehleranalyse wurde im Maschinenbau- und Luftfahrtbereich systematisch entwickelt, im Bereich der Lithiumbatterien jedoch nicht systematisch untersucht. Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>\u00a0Unternehmen und Materialunternehmen f\u00fchren Forschungen zur Fehleranalyse von Lithium-Ionen-Batterien durch, konzentrieren sich jedoch haupts\u00e4chlich auf die Forschung und Entwicklung von Batterieherstellungsprozessen und -materialien mit dem direkten Ziel, die Batterieleistung zu verbessern und zu reduzieren Batterie<\/strong><\/u><\/strong><\/a>\u00a0Kosten. In Zukunft k\u00f6nnen das Forschungsinstitut und verwandte Unternehmen die Zusammenarbeit und den Austausch verst\u00e4rken und danach streben, den Fehlerbaum und den Fehleranalyseprozess von Lithium-Ionen-Batterien zu etablieren und zu verbessern.<\/p>\n\n\n\n

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Vor dem Hintergrund der Energiekrise und der Umweltverschmutzung erhalten Lithium-Ionen-Batterien als ideale Energiequelle f\u00fcr die Entwicklung des 21. Jahrhunderts immer mehr Aufmerksamkeit. Bei der Herstellung, dem Transport und der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien k\u00f6nnen jedoch einige Fehler auftreten. 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