锂离子电池基本原理涉及充电和放电过程中的正负极反应及总反应,核心概念包括容量、额定容量、额定电压、内阻、自放电、荷电状态(SOC)、充放电倍率、充电截止电压、放电截止电压、质量比能量和体积比能量等。电池不安全行为主要由短路过充、电池温升放热、副反应和应用过程(如材料杂质、工艺缺陷、低温充电、大电流充放电、负极表面析锂、振动碰撞等)引发,需注意避免浸水、高温、反接、过充过放、短路、金属接触、敲击、拆解、焊接、强静电磁场等行为。
电池检测测试分为性能测试(倍率性能、温度特性、循环寿命)、安全测试(过充、过放、热箱、重物冲击、短路、低压、挤压)和环境测试(存储、高温高湿、自放电、振动)。异常充放电包括过充电(通常指电压高于4.2V,严重时高于4.35V,导致析锂、短路风险)和过放电(通常指电压低于3.0V,严重时低于2.0V,导致析铜、性能衰减),大倍率充放电也可能引发鼓胀、起火、爆炸等事故。
过充引发的热失控是电池不安全行为的根本原因,涉及过充导致正极释放化学能、SEI膜分解、电解质热分解、正极材料热分解等一系列放热反应,与产热速率、产热量、热传导速度、环境温湿度等密切相关。过放导致负极结构塌陷、铜箔溶解析出。自放电主要分为容量衰减段和氧化降解段,与SEI膜破坏和修复有关。
方型电池厚度问题主要受水分、极组热压、不同SOC状态极片、预充电电流、极组结构、卷绕张力、注液量、异常使用等因素影响。水分对电池厚度影响显著,随周转时间延长和暴露时间增加而增加,主要通过卡尔费休水分测试测量,水分超标导致厚度增加和散布增大。极组热压控制厚度、整形、接触紧密,参数(时间、温度、压力)需科学设定。不同SOC状态下,负极体积膨胀(约10%)是厚度变化主因,正极膨胀(约4%)影响较小。预充电电流影响SEI膜形成,电流越大膜越致密,循环后厚度越小。极组结构(in-out)和卷绕张力均匀性影响厚度稳定性。注液量过多导致厚度增加和高温安全隐患,过少则循环中产气增加厚度。
项目失效机理包括过充(正极氧化、电解液分解、析锂、产气)、高温(溶剂挥发、SEI分解、产气)和短路(大电流、温度升高、SEI分解、产气)。不良电池分析流程包括数据追溯、不良电池分析(气体、电化学阻抗、解剖)和改善措施,需关注水分、内阻、析锂、极片变形等因素,重点关注极组周转烘干和卷绕张力控制。