鋰離子電池（LIB）具有高能量密度，高工作電壓，長(zhǎng)循環(huán)壽命，低自放電率，無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，使得鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域已從商用電子產(chǎn)品擴(kuò)展到電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)儲(chǔ)能。

然而，商業(yè)化鋰離子電池多采用有機(jī)液體電解質(zhì)，因其易燃易揮發(fā)和復(fù)雜的固/液界面問(wèn)題，存在一定的安全隱患，一定程度上限制了鋰離子電池的應(yīng)用。液態(tài)美中不足，人們便將視線轉(zhuǎn)移到固態(tài)電解質(zhì)，研究表明固態(tài)電解質(zhì)具有不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)以及安全和高度可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，此外還具有實(shí)現(xiàn)高功率和高能量密度的潛力，因此，采用固態(tài)電解質(zhì)的電池被譽(yù)為"下一代鋰離子電池"。

美好可期的事物，總是充滿(mǎn)了未知挑戰(zhàn)。液態(tài)鋰離子電池（LIB）如此，固態(tài)鋰離子電池（ASSB）也不能免俗。目前，關(guān)于固態(tài)電解質(zhì)的研究多集中在高離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性、固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的相容性，復(fù)合電極結(jié)構(gòu)和界面改性策略以及機(jī)械性能等方面，但是開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的固態(tài)鋰離子電池也離不開(kāi)對(duì)其失效機(jī)制的分析。

固態(tài)鋰電池的失效行為會(huì)嚴(yán)重影響電池性能，包括降低電池的能量密度、功率密度、可靠性、安全性和循環(huán)壽命，從而影響電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前固態(tài)電池的失效可歸納為：循環(huán)容量損失、內(nèi)阻增加、內(nèi)短路、熱失控、日歷失效等失效行為。

循環(huán)容量損失

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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循環(huán)容量損失是電池最常見(jiàn)的失效行為。在固態(tài)電池中，除鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外，還存在著大量副反應(yīng)，如電解質(zhì)降解、活性物質(zhì)相轉(zhuǎn)變、不均勻鋰沉積等，這些副反應(yīng)存在會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)容量損失。此失效行為一般用容量保持率和Coulomb效率來(lái)量化。循環(huán)容量損失有2類(lèi)：首周充放電過(guò)程容量損失、循環(huán)過(guò)程持續(xù)容量損失。一般來(lái)說(shuō)，相比于循環(huán)過(guò)程容量損失，首周容量損失是電池容量衰減的主要原因。

內(nèi)阻增大

內(nèi)阻增大是固態(tài)鋰電池在循環(huán)過(guò)程中的另一個(gè)重要失效行為。內(nèi)阻增大會(huì)導(dǎo)致電壓、能量密度和功率密度下降、電池產(chǎn)熱以及循環(huán)壽命降低等問(wèn)題，還會(huì)增加固態(tài)鋰電池極化程度以及額外容量損失。一般采用無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)鋰電池在循環(huán)過(guò)程中內(nèi)阻升高幅度要顯著大于采用聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰電池。

內(nèi)短路

在固態(tài)電池中，內(nèi)短路的發(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致電池自放電，容量衰減、局部熱失控。目前的研究中，固態(tài)電解質(zhì)的內(nèi)短路機(jī)制尚不清楚，普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是固態(tài)電池內(nèi)鋰枝晶的存在導(dǎo)致了內(nèi)短路發(fā)生，但完整電池體系中，短路情況更為復(fù)雜，目前還缺乏有力證據(jù)證明內(nèi)短路的原因。

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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熱失控

熱失控指鋰離子電池內(nèi)局部或整體溫度急速上升，熱量不能及時(shí)散去，積聚并誘發(fā)副反應(yīng)的失效行為。該過(guò)程劇烈、危害性高、甚至伴有產(chǎn)氣和起火爆炸。固態(tài)電解質(zhì)大都具有較好的高溫穩(wěn)定性，在防止熱失控方面具有較好的安全性，但熱失控仍然是不可忽略。

日歷失效

無(wú)論你用或不用，問(wèn)題都在那里。在電池?cái)R置過(guò)程中，同樣存在性能失效，既日歷失效。通?？筛鶕?jù)電池的失效機(jī)理建立模型來(lái)預(yù)測(cè)日歷失效行為。通過(guò)監(jiān)測(cè)特定充放電狀態(tài)的電池在一定擱置時(shí)間和溫度條件下，電池自放電率、容量損失、內(nèi)阻增加等情況，也可以來(lái)評(píng)價(jià)電池的日歷失效行為。影響電池日歷失效的原因有很多，包括溫度、壓力、擱置時(shí)間、擱置方式、電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，擱置時(shí)間越久，內(nèi)阻增加得越大，電池的日歷失效越嚴(yán)重，擱置期間的內(nèi)阻增加與電解質(zhì)的種類(lèi)密切相關(guān)。

不僅想知道怎么沒(méi)的，還想知道怎么來(lái)的。為了闡明固態(tài)鋰電池中失效行為的原因，科研人員開(kāi)展了大量有針對(duì)性的失效機(jī)理研究。

概括來(lái)說(shuō)，固態(tài)鋰電池的失效主要來(lái)自電極與電解質(zhì)的固/固界面反應(yīng)，包括正極活性顆粒的副反應(yīng)和體積形變，負(fù)極鋰金屬的枝晶生長(zhǎng)、粉化和體積膨脹，以及電極和電解質(zhì)界面處的接觸失效、過(guò)充、熱失控等。一旦在固/固界面生成阻礙電子和離子導(dǎo)電的界面層，就會(huì)使固態(tài)鋰電池的動(dòng)力學(xué)性能雪上加霜。相對(duì)于液態(tài)鋰電池，固/固界面雖然可以抑制過(guò)渡金屬離子溶出，但隨之而來(lái)的空間電荷層、元素互擴(kuò)散、界面反應(yīng)、鋰枝晶等界面問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻增加，容量衰減，甚至發(fā)生內(nèi)短路。

從電化學(xué)阻抗分析來(lái)看，正極界面阻抗增加占主導(dǎo)地位。這是因?yàn)檎龢O在固態(tài)鋰電池中的離子導(dǎo)電路徑與在液態(tài)電池中不同。因此，解決正極和電解質(zhì)的界面問(wèn)題對(duì)于提升固態(tài)鋰電池性能至關(guān)重要。

此外，固態(tài)鋰電池的剛性結(jié)構(gòu)，同樣會(huì)導(dǎo)致固態(tài)鋰離子電池電化學(xué)機(jī)械失效問(wèn)題。

小結(jié)

解決固態(tài)電池的失效問(wèn)題，關(guān)鍵在固態(tài)電池電極與電解質(zhì)的固/固界面。如何避免或減少空間電荷層的形成、元素互擴(kuò)散以及界面反應(yīng)的發(fā)生，從而避免或減少失效行為的發(fā)生，除了尋找合適的固態(tài)電解質(zhì)來(lái)優(yōu)化固/固界面之外，根據(jù)正極材料和鋰金屬各自的特性選擇合適的材料進(jìn)行表面改性也不失為一種好的解決方案。