紐扣鋰電池沒電失效原因

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的失效模式，導致這一失效產(chǎn)生的因素很多：在電極方面，反復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}分解導致其電導率下降，分解物造成界面鈍化。此外，隔膜阻塞或損壞，電池內(nèi)部短路等也會縮短電池的壽命。

1.紐扣鋰電池失效模型

目前的研究認為溫度和工作電流是加速紐扣鋰電池容量衰減的兩個重要應力，并有試驗驗證了失效的模型。在相同溫度條件下，紐扣鋰電池的壽命與放電電流的關(guān)系基本遵從電應力為加速變量的加速模型，在雙對數(shù)坐標系上，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

紐扣鋰電池具有速率容量效應，指的是電池實際容量會隨著負載的不同而不同，負載越大，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極上可反應區(qū)域的狀態(tài)。在小電流穩(wěn)定放電的情況下，反應區(qū)均勻地分布在負極上，能夠被充分應用;但當某些時候，電池有大電流放電時，負極表面的反應區(qū)與被不均勻覆蓋，導致有些內(nèi)層的活性點位無法參與反應，這會導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)部的自放電也會導致電池容量的不可逆損失，其原因有可能是因為電池內(nèi)部發(fā)生了一系列不可逆反應。

陽極與電解液發(fā)生的不可逆反應（相對主要發(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，例如錳酸鋰陽極與電解液中鋰離子的反應）。陰極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應（化成時形成的SEI膜就是為了保護負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，以及溶劑中O2發(fā)生的反應。類似的反應不可逆的消耗了電解液中的鋰離子，進而損失了電池容量。其中以電解液中雜質(zhì)的不可逆反應尤為常見。

另外，在電池的制造過程中，雜質(zhì)混入造成的微短路也會引起不可逆反應，這一現(xiàn)象是造成個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、隔膜時沾上的金屬粉末都會造成電池內(nèi)部微短路。由于生產(chǎn)時絕對的無塵是做不到的，所以這種可能性是必然存在的。當粉塵不足以達到刺穿隔膜進而使正負極短路接觸時，其對電池的影響并不大;但是當粉塵嚴重到刺穿隔膜這個“度”時，對電池的影響就會非常明顯。由于有是否刺穿隔膜這個“度”的存在，因此在測試大批電池自放電率時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)大部分電池的自放電率都集中在一個不大的范圍內(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，所以廠家會把鍍鎳或鍍鋅的焊片點焊在紐扣電池上，以方便使用紐扣電池的工廠進行焊錫。紐扣電池焊片的點焊控制難度比較大，主要原因為紐扣電池太薄，且負極鋰片是直接與電池負極外殼相連的，而點焊是一個典型的瞬間電流和熱量都很大的過程，所以很容易發(fā)生電池內(nèi)部隔膜燒穿，造成內(nèi)部正負極片短路，在極短時間內(nèi)將電量放完。

點焊時產(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為焊接時間（s）。由式可見，電流I對產(chǎn)熱的影響比電阻和時間兩者都大，因此在焊接過程中，它是一個必須嚴格控制的參數(shù)。當工件和電極一定時，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電性差（如不銹鋼）電阻率低的金屬其導電性好（如鋁合金）。因此，點焊不銹鋼時產(chǎn)熱易而散熱難，點焊鋁合金時產(chǎn)熱難而散熱易。點焊時，前者可用較小電流（幾千安培），而后者就必須用很大電流（幾萬安培）。

為了保證熔核尺寸和焊點強度，焊接時間t與焊接電流在一定范圍內(nèi)可以相互補充。為了獲得一定強度的焊點，可以采用大電流和短時間（強條件，又稱硬規(guī)范），也可采用小電流和長時間（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、厚度和所用焊機的功率。

除上述三個參數(shù)對點焊性能的影響之外，由于焊接電極壓力對兩電極間總電阻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，焊點強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，增大焊接電流。

為了避免點焊過程中過大的熱量燒穿內(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、點焊機的電極壓力和功率輸出等因素綜合設定焊接參數(shù)，減少報廢。

4.結(jié)論

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

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

紐扣鋰電池在點焊焊片過程中，其產(chǎn)生的熱量和點焊電流，電阻及時間有直接關(guān)系，為減少點焊燒穿的風險，在設定點焊參數(shù)時，必須根據(jù)實際情況設定焊接電流和時間，同時保證焊接質(zhì)量。