紐扣鋰電池沒(méi)電失效原因

紐扣鋰電池失效模式主要有：容量衰減，泄氣或漏液，集流體腐蝕，熱失控等。 其中容量衰減是最常見(jiàn)的失效模式，導(dǎo)致這一失效產(chǎn)生的因素很多：在電極方面，反復(fù)充放電使電極活性表面積減少，電流密度提高，極化增大;在電解質(zhì)溶液方面，電解液或?qū)щ婝}分解導(dǎo)致其電導(dǎo)率下降，分解物造成界面鈍化。此外，隔膜阻塞或損壞，電池內(nèi)部短路等也會(huì)縮短電池的壽命。

1.紐扣鋰電池失效模型

目前的研究認(rèn)為溫度和工作電流是加速紐扣鋰電池容量衰減的兩個(gè)重要應(yīng)力，并有試驗(yàn)驗(yàn)證了失效的模型。在相同溫度條件下，紐扣鋰電池的壽命與放電電流的關(guān)系基本遵從電應(yīng)力為加速變量的加速模型，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系上，鋰離子電池失效與放電電流也為線性關(guān)系。

2.紐扣鋰電池的速率容量效應(yīng)

紐扣鋰電池具有速率容量效應(yīng)，指的是電池實(shí)際容量會(huì)隨著負(fù)載的不同而不同，負(fù)載越大，電池的容量越小。其原理是，電池的壽命很大程度上取決于負(fù)極上可反應(yīng)區(qū)域的狀態(tài)。在小電流穩(wěn)定放電的情況下，反應(yīng)區(qū)均勻地分布在負(fù)極上，能夠被充分應(yīng)用;但當(dāng)某些時(shí)候，電池有大電流放電時(shí)，負(fù)極表面的反應(yīng)區(qū)與被不均勻覆蓋，導(dǎo)致有些內(nèi)層的活性點(diǎn)位無(wú)法參與反應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致電池在高放電率下快速失去電量。

3.紐扣鋰電池的自放電

紐扣鋰電池內(nèi)部的自放電也會(huì)導(dǎo)致電池容量的不可逆損失，其原因有可能是因?yàn)殡姵貎?nèi)部發(fā)生了一系列不可逆反應(yīng)。

陽(yáng)極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)（相對(duì)主要發(fā)生于錳酸鋰、鎳酸鋰這兩種易發(fā)生結(jié)構(gòu)缺陷的材料，例如錳酸鋰陽(yáng)極與電解液中鋰離子的反應(yīng)）。陰極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)（化成時(shí)形成的SEI膜就是為了保護(hù)負(fù)極不受電解液的腐蝕）。電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)，以及溶劑中O2發(fā)生的反應(yīng)。類似的反應(yīng)不可逆的消耗了電解液中的鋰離子，進(jìn)而損失了電池容量。其中以電解液中雜質(zhì)的不可逆反應(yīng)尤為常見(jiàn)。

另外，在電池的制造過(guò)程中，雜質(zhì)混入造成的微短路也會(huì)引起不可逆反應(yīng)，這一現(xiàn)象是造成個(gè)別電池自放電偏大的最主要原因?？諝庵械姆蹓m或者在生產(chǎn)極片、隔膜時(shí)沾上的金屬粉末都會(huì)造成電池內(nèi)部微短路。由于生產(chǎn)時(shí)絕對(duì)的無(wú)塵是做不到的，所以這種可能性是必然存在的。當(dāng)粉塵不足以達(dá)到刺穿隔膜進(jìn)而使正負(fù)極短路接觸時(shí)，其對(duì)電池的影響并不大;但是當(dāng)粉塵嚴(yán)重到刺穿隔膜這個(gè)“度”時(shí)，對(duì)電池的影響就會(huì)非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個(gè)“度”的存在，因此在測(cè)試大批電池自放電率時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分電池的自放電率都集中在一個(gè)不大的范圍內(nèi)，而只有小部分電池的自放電明顯偏高且分布離散，這些就是隔膜被刺穿的電池。

一般數(shù)碼產(chǎn)品里面，做電源用的紐扣電池需要焊在線路板（PCBA）上，故必須在紐扣電池表面有可焊的焊片（連接片）;但紐扣電池表面通常為不銹鋼，是不能直接焊錫的，所以廠家會(huì)把鍍鎳或鍍鋅的焊片點(diǎn)焊在紐扣電池上，以方便使用紐扣電池的工廠進(jìn)行焊錫。紐扣電池焊片的點(diǎn)焊控制難度比較大，主要原因?yàn)榧~扣電池太薄，且負(fù)極鋰片是直接與電池負(fù)極外殼相連的，而點(diǎn)焊是一個(gè)典型的瞬間電流和熱量都很大的過(guò)程，所以很容易發(fā)生電池內(nèi)部隔膜燒穿，造成內(nèi)部正負(fù)極片短路，在極短時(shí)間內(nèi)將電量放完。

點(diǎn)焊時(shí)產(chǎn)生的熱量可以表示為Q=I2Rt。

其中，Q為產(chǎn)生的熱量（J），I代表焊接電流（A），R為電極間電阻（Ω），t為焊接時(shí)間（s）。由式可見(jiàn)，電流I對(duì)產(chǎn)熱的影響比電阻和時(shí)間兩者都大，因此在焊接過(guò)程中，它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。當(dāng)工件和電極一定時(shí)，工件的電阻R取決與它的電阻率。因此，電阻率是被焊材料的重要性能。電阻率高的金屬其導(dǎo)電性差（如不銹鋼）電阻率低的金屬其導(dǎo)電性好（如鋁合金）。因此，點(diǎn)焊不銹鋼時(shí)產(chǎn)熱易而散熱難，點(diǎn)焊鋁合金時(shí)產(chǎn)熱難而散熱易。點(diǎn)焊時(shí)，前者可用較小電流（幾千安培），而后者就必須用很大電流（幾萬(wàn)安培）。

為了保證熔核尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度，焊接時(shí)間t與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以相互補(bǔ)充。為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)，可以采用大電流和短時(shí)間（強(qiáng)條件，又稱硬規(guī)范），也可采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間（弱條件，也稱軟規(guī)范）。選用硬規(guī)范還是軟規(guī)范，取決于金屬的性能、厚度和所用焊機(jī)的功率。

除上述三個(gè)參數(shù)對(duì)點(diǎn)焊性能的影響之外，由于焊接電極壓力對(duì)兩電極間總電阻R有明顯的影響，故也是焊接熱量的影響因素。一般隨著電極壓力的增大，R顯著減小，而焊接電流增大的幅度卻不大，不能影響因R減小引起的產(chǎn)熱減少。因此，焊點(diǎn)強(qiáng)度總隨著焊接壓力增大而減小。解決的辦法是在增大焊接壓力的同時(shí)，增大焊接電流。

為了避免點(diǎn)焊過(guò)程中過(guò)大的熱量燒穿內(nèi)層隔膜，制造企業(yè)必須根據(jù)電池外殼和焊片的材料性能、點(diǎn)焊機(jī)的電極壓力和功率輸出等因素綜合設(shè)定焊接參數(shù)，減少報(bào)廢。

4.結(jié)論

紐扣鋰電池失效壽命與放電電流為線性關(guān)系。速率容量效應(yīng)顯示，當(dāng)負(fù)載越大，電池的容量越小，原因電池的壽命和負(fù)極上可反應(yīng)區(qū)域的分布直接相關(guān)，當(dāng)電池有大電流放電時(shí)，負(fù)極表面的反應(yīng)區(qū)與被不均勻覆蓋，故實(shí)際參與反應(yīng)的面積低于理論值。

紐扣鋰電池內(nèi)部陰陽(yáng)級(jí)均和電解液可以發(fā)生不可逆反應(yīng)，而電解液中的雜質(zhì)也會(huì)和溶劑反應(yīng)，消耗電解液中的鋰離子，進(jìn)而損失了電池容量。電池制造過(guò)程中的雜質(zhì)的混入也有可能導(dǎo)致隔膜被刺穿，進(jìn)而引起電池內(nèi)部短路，造成自放電，影響產(chǎn)品的壽命。

紐扣鋰電池在點(diǎn)焊焊片過(guò)程中，其產(chǎn)生的熱量和點(diǎn)焊電流，電阻及時(shí)間有直接關(guān)系，為減少點(diǎn)焊燒穿的風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)定點(diǎn)焊參數(shù)時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定焊接電流和時(shí)間，同時(shí)保證焊接質(zhì)量。