磷酸铁锂电池失效原因汇总分析

磷酸铁锂电池，作为新能源汽车的“心脏”，其性能的好坏直接关系到车辆的续航里程和安全性。然而，你知道吗？磷酸铁锂电池在使用过程中，也会出现失效的情况。今天，咱就来聊聊磷酸铁锂电池失效的那些事儿。

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，这“五毒俱全”同样不可忽视。人员和设备属于管理的范畴，咱今儿就主要说说后三个影响因素。电极活性材料中的杂质对电池造成的失效，LiFePO4 在合成过程中，会存在少量的 Fe2O3、Fe2P、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。而 PF5 和 HF 都会破坏 SEI 膜，HF 还会促进 LiFePO4 活性物质的腐蚀。水分子还会使嵌锂的石墨负极部分脱锂，在 SEI 膜底部形成氢氧化锂。另外，电解液中溶解的 O2 也会加速 LiFePO4 电池的老化。

存储条件对电池造成的失效

磷酸铁锂电池在存储过程中，也会面临失效的风险。这是因为电池在存储过程中，会发生自放电现象，导致电池电量损失。如果存储环境温度过高，电池自放电速度会加快，从而缩短电池的使用寿命。此外，如果存储环境湿度过大，电池内部会发生化学反应，导致电池性能下降。因此，在存储磷酸铁锂电池时，需要注意环境温度和湿度，避免电池长时间处于高温高湿环境中。

循环使用对电池造成的失效

磷酸铁锂电池在循环使用过程中，也会出现容量衰减的问题。这是因为电池在循环使用过程中，会发生晶体结构的变化，导致电池容量下降。此外，如果电池在循环使用过程中，经常处于过充过放状态，电池容量衰减速度会更快。因此，在使用磷酸铁锂电池时，需要注意电池的充电和放电状态，避免电池过充过放。

过充和过放对电池造成的失效

磷酸铁锂电池在过充和过放过程中，也会出现失效的情况。这是因为过充和过放会导致电池内部温度升高，从而加速电池的老化。此外，如果过充和过放过于频繁，电池容量衰减速度会更快。因此，在使用磷酸铁锂电池时，需要注意电池的充电和放电状态，避免电池过充过放。