二次电池电芯的失效分析方法技术

本申请涉及二次电池电芯的失效分析方法。根据一实施例，一种二次电池电芯的失效分析方法包括：获取失效电芯的失效背景信息；对所述失效电芯进行外观检查以获取其外观信息；对所述失效电芯进行无损检测以获取其电化学信息和结构信息；对所述失效电芯进行拆解，并且记录拆解过程；对拆解后获得的所述失效电芯的内部元件进行预处理和取样；以及对所述内部元件的样品进行测试，并且将测试结果与参考电芯的测试结果相比较，以确定关于失效原因的初步结论。利用本发明专利技术的方法，能够系统全面地了解二次电池电芯的失效原因和机理，提高失效分析人员的效率和水平，同时积累失效分析数据库，对本行业的长远发展提供帮助。

Failure Analysis Method of Secondary Battery Core

This application relates to a failure analysis method for secondary battery batteries. According to an embodiment, a failure analysis method for secondary battery batteries includes: obtaining the failure background information of the failure core; performing appearance inspection to obtain the appearance information of the failure core; performing non-destructive testing to obtain the electrochemical information and structural information of the failure core; dismantling the failure core and recording the dismantling process; and obtaining the dismantling information after dismantling. The internal components of the invalid core are pretreated and sampled, and the samples of the internal components are tested, and the test results are compared with those of the reference core to determine the preliminary conclusions about the causes of the invalidation. The method of the invention can systematically and comprehensively understand the failure causes and mechanisms of secondary battery batteries, improve the efficiency and level of failure analysts, and accumulate failure analysis database to help the long-term development of the industry.

【技术实现步骤摘要】
二次电池电芯的失效分析方法
本申请总体上涉及二次电池领域，更特别地，涉及一种二次电池电芯的失效分析方法。
技术介绍
二次电池技术是国家十三五期间重点支持发展的项目，也是国家急需的支撑技术。随着消费电子产品、电动汽车、智能电网应用的不断深入，二次电池正越来越多地影响着人们的工作与生活。人们对高安全、高容量的二次电池的需求也在不断增加。然而，近年来关于二次电池的负面新闻也频频出现，起火、爆炸等极端事故一直困扰着生产者与消费者。为了增强二次电池的安全性能与使用性能，高水平的失效分析技术尤为重要。针对电池老化与极端事故的有效分析，并根据分析结果建立数据库以指导行业的进一步发展，将构成良性循环。现阶段，世界范围内关于二次电池电芯的失效分析尚未建立完整的系统，主要受限于以下条件。首先，二次电池失效分析需要高水平、多尺度的表征仪器；其次，所需测试人员需要具备多领域交叉知识储备；此外，二次电池样品对空气中的水分及氧气极为敏感，需要惰性气氛保护条件才能有效测试，常规测试中心难以满足这些要求。
技术实现思路
针对现有技术中的上述及其他不足，本申请提供一种二次电池电芯的失效分析方法。利用本申请的方法，能够实现对二次电池电芯的失效原因与机理全面系统的分析，可以提高失效分析人员的效率与水平，同时积累失效分析数据库，对行业的长远发展提供帮助。根据本申请一实施例，一种二次电池电芯的失效分析方法可包括：获取失效电芯的失效背景信息；对所述失效电芯进行外观检查以获取其外观信息；对所述失效电芯进行无损检测以获取其电化学信息和结构信息；对所述失效电芯进行拆解，并且记录拆解过程；对拆解后获得的所述失效电芯的内部元件进行预处理和取样；以及对所述内部元件的样品进行测试，并且将测试结果与参考电芯的测试结果相比较，以确定关于失效原因的初步结论。在一些示例中，所述失效背景信息包括如下信息中的至少一个：所述失效电芯的生产厂家、型号、出厂日期、材料提醒、使用环境、额定电压、使用时间、以及失效模式。在一些示例中，所述失效模式包括：起火、爆炸、胀气、短路、容量衰减、漏液、产热、外观破损、电压异常、电流异常、变形。在一些示例中，所述外观信息包括所述失效电芯的尺寸、重量、破损情况、形状异常情况。在一些示例中，所述无损检测包括如下检测方法中的至少一种：充放电测试、电化学阻抗谱测试、直流极化测试、循环伏安测试、高低温测试、CT成像、红外成像、中子实验。在一些示例中，所述方法还可包括：收集所述失效电芯的外围失效证据，所述外围失效证据包括所述失效电芯的气体残余物、液体残余物和固体残余物中的一种或多种。在一些示例中，对所述失效电芯的内部元件进行预处理包括：对所述失效电芯的正极材料、负极材料、集流体、电解液、隔膜、极耳、封装材料进行预处理，所述预处理包括剪裁、清洗、烘干、离心、稀释中的一种或多种。在一些示例中，对所述失效电芯的内部元件进行取样包括对样品进行标记以及记录取样位置、保存条件和样品名称中的一项或多项。在一些示例中，对所述内部元件的样品进行的测试包括：晶体结构测试、表面形貌测试、以及成分测试中的一种或多种。在一些示例中，所述参考电芯是具有与所述失效电芯相同的结构和组成材料的正常电芯。在一些示例中，所述晶体结构测试包括X射线衍射测试，所述表面形貌测试包括扫描电子显微镜测试，所述成分测试包括电感耦合高频等离子光谱测试。在一些示例中，所述方法还可包括：在确定关于失效原因的初步结论之后，对与所述初步结论相关的内部元件的样品进行补充测试；以及确定所述失效电芯的关于失效原因的最终结论。在一些示例中，所述补充测试包括如下测试中的一种或多种：用于确定表面成分或结构信息的测试；用于确定体相结构信息的测试；以及用于确定物理、化学和电化学信息的测试。在一些示例中，用于确定表面成分或结构信息的测试包括红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、二次离子质谱、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子探针显微镜测试中的一种或多种。在一些示例中，用于确定体相结构信息的测试包括透射电子显微镜、核磁共振、同步辐射硬X射线吸收谱、同步辐射软X射线吸收谱、同步辐射成像测试中的一种或多种。在一些示例中，用于确定物理、化学和电化学信息的测试包括热重-差热测试、孔隙率测试、透气性测试、离子切样、聚焦离子束刻蚀、气相色谱、液相色谱、质谱、表面吸附测试、电导率测试、压实密度测试、振实密度测试、半电池测试、全电池测试、电化学阻抗谱测试、循环伏安法测试中的一种或多种。在一些示例中，所述方法还包括：在执行所述方法的每个步骤期间，将所述失效电芯的相关信息录入数据库。本申请的其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见。附图说明图1是示出根据本申请一实施例的二次电池电芯失效分析方法的流程图。图2示出了示例失效电芯的CT图像。图3示出了示例失效电芯的电化学阻抗谱。图4示出了示例失效电芯的充放电循环测试曲线。图5示出示例失效电芯的拆解照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本申请进行进一步详细的说明。应理解，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，本申请并不局限于这里描述的这些实施例。图1是示出根据本专利技术一示例性实施例的二次电池电芯失效分析方法100的流程图。为了便于理解，下面将以一示例失效电芯为例来进行说明，该失效电芯是某企业新研发的高能量密度锂离子电池，在循环500周后电池容量大幅度衰减。但是应理解，本专利技术的方法能应用于分析各种失效电芯。参照图1，方法100可始于步骤S110，获取失效电芯的失效背景信息，并且录入数据库。失效背景信息可包括例如但不限于生产厂家、型号、出厂日期、材料体系、使用环境、额定电压、使用时间、失效模式等信息。常见的失效模式可包括例如但不限于起火、爆炸、胀气、短路、容量衰减、漏液、产热、外观破损、电压异常、电流异常、以及变形等。失效背景信息可以由失效电芯的送检方提供，有些信息也可以从失效电芯的外壳上记录的信息中获取。以上述示例失效电芯为例，其是锂离子电池，包括钴酸锂正极和石墨负极，电解液为以碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)为溶剂，六氟磷酸锂为溶质的常规电解液，使用条件为常温，使用时间为循环500周(也可以用使用天数表示)，失效模式为容量大幅度衰减，示例失效电芯的其他敏感信息例如生产厂家、型号、出厂日期等在此略去。可以将失效电芯编号，并且将其失效背景信息录入到数据库中。然后在步骤S120中，可以对失效电芯进行外观检查，并且将外观信息录入到数据库中。外观检查包括测量二次电池的尺寸、重量等外观数据，并且观察二次电池的外观状况，例如是否胀气、是否有损伤等。如果有损伤，还应记录损伤的位置和尺寸信息。还可以对失效电芯进行拍照记录。作为例子，上述示例失效电芯的尺寸符合18650锂离子二次电池的规范尺寸，外观完好无损，没有胀气现象。同样，将这些外观信息，包括照片等，录入到数据库中。接下来，在步骤S130中，对失效电芯进行无损检测，得到其电化学信息和结构信息，并且录入数据库。电化学测试可以在防爆箱中进行，测试内容包括充放电测试、电化学阻抗谱测试、直流极化测试、循环伏安测试、高低温测试等。结构测试可主要包括微米及纳米CT技术、红外成像、中子实验等。例如，CT图像能够看出二次电池的内部结构。图2示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池电芯的失效分析方法，包括：获取失效电芯的失效背景信息；对所述失效电芯进行外观检查以获取其外观信息；对所述失效电芯进行无损检测以获取其电化学信息和结构信息；对所述失效电芯进行拆解，并且记录拆解过程；对拆解后获得的所述失效电芯的内部元件进行预处理和取样；以及对所述内部元件的样品进行测试，并且将测试结果与参考电芯的测试结果相比较，以确定关于失效原因的初步结论。

【技术特征摘要】
1.一种二次电池电芯的失效分析方法，包括：获取失效电芯的失效背景信息；对所述失效电芯进行外观检查以获取其外观信息；对所述失效电芯进行无损检测以获取其电化学信息和结构信息；对所述失效电芯进行拆解，并且记录拆解过程；对拆解后获得的所述失效电芯的内部元件进行预处理和取样；以及对所述内部元件的样品进行测试，并且将测试结果与参考电芯的测试结果相比较，以确定关于失效原因的初步结论。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述失效背景信息包括如下信息中的至少一个：所述失效电芯的生产厂家、型号、出厂日期、材料提醒、使用环境、额定电压、使用时间、以及失效模式；且其中，所述失效模式包括：起火、爆炸、胀气、短路、容量衰减、漏液、产热、外观破损、电压异常、电流异常、变形；其中，所述外观信息包括所述失效电芯的尺寸、重量、破损情况、形状异常情况；且其中，所述无损检测包括如下检测方法中的至少一种：充放电测试、电化学阻抗谱测试、直流极化测试、循环伏安测试、高低温测试、CT成像、红外成像、中子实验。3.如权利要求1所述的方法，还包括：收集所述失效电芯的外围失效证据，所述外围失效证据包括所述失效电芯的气体残余物、液体残余物和固体残余物中的一种或多种。4.如权利要求1所述的方法，其中，对所述失效电芯的内部元件进行预处理包括：对所述失效电芯的正极材料、负极材料、集流体、电解液、隔膜、极耳、封装材料进行预处理，所述预处理包括剪裁、清洗、烘干、离心、稀释中的一种或多种；且其中，对所述失效电芯的内部元件进行取样包括对样品进行标记以及记录取样位置、保存条件和样品名称中的一项或多项。5.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰男，王其钰，郑杰允，禹习谦，李泓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11