你手中的手机，还有那电动车，就连储能电站里的锂电池，在使用过程中续航会逐渐变短，充电速度会慢慢变慢，甚至还会出现起火的情况，这些令人头疼不已的失效问题背后，实际上隐藏着一套极为复杂的科学原理。弄明白它们为何会失效，才是促使电池技术真正取得进步的关键之所在。

容量衰减的两种面孔

锂离子电池在经过长时间使用之后发生容量下降的情况，存在着两种不同的情形。其中一种被称作可逆容量衰减，这类似于人在感到疲惫之后经过休息能够恢复的状况，也就是借助对于充电方式进行调节或者对使用温度予以改善这样的方式，那些损失掉的容量是能够再次恢复回来的。另外一种则是不可逆衰减，这种情况属于永久性的损伤，其根源在于电池的正负极材料自身出现了问题。

电池于制造之际所存在的工艺方面的瑕疵，以及使用之时所处环境的恶劣状况，均会促使容量衰减速度加快。举例来说，当处于高温条件下且持续进行快速充电时，正极材料的结构便有可能发生坍塌，致使锂离子进入之后便无法再出来。有数据表明，于45℃的环境当中循环500次之后，某些电池的容量或许就仅仅只剩下初期时的80%了。

内阻增大的隐形杀手

电池内阻增大，恰似人血管堵塞，电流通过之际，阻力变大。此主要分为两类，欧姆电阻源于电池内部各部件接触不佳，极化内阻乃是电化学反应变缓所致。中国科大研究发觉，电池内阻升高的深层缘由是过渡金属元素于电池内部跳跃迁移。

倘若电池设计、组装存在不合理的状况，那么便会埋下隐患。极耳焊接倘若不牢固，或者隔膜出现褶皱，这都会致使局部电流变得过大，进而加速内阻的增长。在处于-10℃的低温环境时，电解液的黏度会增大，离子传输遭遇阻碍，此时内阻相比常温时能够高出3到5倍。

热失控的连锁反应

一种被称为热失控的状况，是致使电池安全面临极大威胁的首要因素，它所指的是这般情形，也即电池内部的温度会急剧地上升，并且散热的速度根本无法跟上去时，就会引发更多会释放热量的副反应。一旦有一颗电芯出现热失控的状况，那么就有可能如同多米诺骨牌那样，将这种失控的状态蔓延到整个电池包，届时温度会突然间狂升至500℃以上，进而产生大量有毒的烟气。

为防此状况，工程师给电池设置多重保险。正温度系数端子于高温时能自动使电路断开，安全阀可将内部高压气体释放掉，导热膜有助于让散热均匀。电池管理系统BMS时刻对每颗电芯的电压以及温度进行监控，察觉异常马上预警。

析锂的隐形威胁

分析锂是指锂离子于负极表面以金属态析出，并非正常嵌入，进而形成仿若树枝般的锂枝晶。这些枝晶似有可能刺穿隔膜致使内部短路，也似可有脱落转换为死锂，由此造成容量难逆损失。于快充或者低温充电之际，析锂风险尤为高。

在导致析锂的诸多因素之中，充电策略运用得不恰当乃是最为主要的原因。经过有关研究能够明确，一旦充电所截止的电压从4.2V提升到4.7V，钴酸锂正极里面的钴就会发生溶解的情况，与此同时，负极部位便会出现极为严重的析锂现象。采用大电流进行充电这样的行为，同样是具有危险性的，以2C倍率进行充电相比于以0.5C倍率充电而言，更加容易在负极的表面堆积锂金属。

产气的隐秘危害

正常情况下，电池产气有时属于正常范畴，就好比化成时，为形成SEI膜故而会产生少量气体。然而，更多情形下，是副反应致使的异常产气状况。处于过放状态中，电解液分解之后会产生出烷烃类气体以及二氧化碳，进而致使电池发出鼓包变形的状况，致使外壳焊缝出现开裂漏液的现象。

产气成分在不同电位下各不相同，在正常使用范围以内主要生成烷烃，然而过放电的情况下还会产生一氧化碳，这些气体不光增加内压，并且会破坏电极结构，1999年有研究针对18650电池开展了详细分析，发觉产气量跟电解液配方以及电极材料紧密相关。

失效分析的破案流程

像解密失电装置类的工作恰似挖掘谜题一样，其过程得依照一套超严谨科学程序来推进。首要工序为剖析外观这一环节，需仔细查看是否存在鼓胀漏液现象；紧接着开启没损坏原状的测试步骤，借助X光手段来洞察其内部构造情况；最终实施拆解电池行动，针对极片开展扫描电镜和能谱分析工作，借此寻觅到致使失效的真实根源。中科院物理所构建起了惰性氛围检测平台，以此保证解析进程中不会混入二次污染。

将正负极片分别单独进行组装，进而形成半电池来开展测试，这属于常用的一种手法。借助对新鲜电池以及失效电池极片的充放电曲线加以对比，能够迅速确定问题究竟出在哪里。举例来说，某电动车电池出现了衰减的情况，经过测试发现，正极材料容量的损失乃是主要原因，而负极的状态却反而良好，如此便为后续的改进明确了方向。

目前你手机电池的健康程度还剩余多少，是否碰到过突然电量减少或是充电时发热的情形，欢迎在评论区域分享你使用时的感受体验，点赞并转发以便让更多人知晓锂电池正确的使用方法！