单体电芯过充过放有哪些危害？

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单体电芯过充过放有哪些危害？ [复制链接]

• 过充：SOC=100%时理论上游离态锂离子已经完全嵌入负极，过充时多余的锂离子和电荷平衡来源于一系列副反应。
  正极电压增高（最高在5V已引燃电芯），负极电压无穷低至0V。这时体系是要消耗多余的电子。总结：负极锂枝晶、正极氧化电解液产气放热

1.正极持续被迫升高电位，正极材料被迫过度脱锂来平衡电位，结构坍塌，释放氧气，氧气氧化电解液产气并放热

2.负极持续被迫降低电位，但过了石墨嵌锂的电位（0.1~0.2V）石墨无法嵌锂，而锂更容易转成锂金属（0V），还有不断的锂离子往负极来，生成锂枝晶

3.电解液被整体的高电位氧化，主要是在靠近正极（高达4.9V），也会释放游离态锂离子，产气并放热

4.电荷平衡：过充时电荷积累速率大于消耗速率（指正常嵌锂和所有副反应的电荷平衡），电压快速升高，过充发生后主要依靠副反应（正极材料和电解液分解、负极锂离子变成锂枝晶）来消耗电荷

 

第一阶段：1<SOC<1.2，电池内部没有发生明显的副反应，电池温度和内阻变化较小。

第二阶段：1.2<SOC<1.4，正极中的Mn发生溶解，在正极侧电解液氧化，在负极表面金属锂析出。金属锂与溶剂反应使SEI膜变厚，电池阻抗增加，电池温度开始缓慢上升。

第三阶段：1.4<SOC<1.6，电池温度上升加快，电池鼓胀明显，正极侧电解液氧化加速，放出大量的热和气体。负极表面金属锂继续析出，SEI膜开始分解，锂化的石墨与电解液发生反应。由于正极材料结构的变化，电池电压达到峰值5.2V后略微下降。

第四阶段：SOC>1.6，电池内压超限，壳体发生破裂，隔膜收缩变形，电池热失控。电池内部发生短路，大量能量迅速释放，电池温度急剧上升至780℃。

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过放：和过充相反，这时体系被迫放出更多的电子。负极电压增高（甚至达4~5V），正极电压低到3V。总结：负极结构坍塌、负极溶铜、正极局部析铜；充电后锂枝晶、负极满充析铜、铜枝晶

1.负极持续被迫升高电压，持续放出锂离子，超过0.1V已经完全放完锂离子，石墨负极架构坍塌，丧失嵌Li能力

2.负极石墨材料结构坍塌，后面充电再有锂离子来时，可能会形成锂枝晶

3.负极石墨结构坍塌，锂离子放尽，还要持续放电子就和电解液反应，电解液也是被氧化，在不断破裂形成的负极表面上反应生成SEI膜，产气和放热

4.负极电位升高（最高到4.8V），在3.4V时溶解铜（Cu-->Cu+，持续氧化Cu-->Cu2+），溶解的铜离子穿过隔膜迁移到正极（放电正极电位为负还在降低），变成铜单质析出在正极表面（Cu plating、迁移铜）。

在负极表面溶解的铜，不会完全迁移到正极，依然会附着在石墨材料表面，在满充后在负极表面大量析出（Cu plating）。满充后拍CT，负极表面有紫色或红褐色。同时产生的金属铜枝晶可能会刺穿隔膜，引起内部短路。

 

• 第一阶段：负极电位持续升高，达到了SEI膜的分解电位，使得SEI膜发生分解，产生气体与热量，这一过程将贯穿第一和第二阶段。SEI膜被消耗之后，膜层下的石墨会直接暴露在电解液中与电解液发生反应，进一步提高负极电压并降低电池电压。随着第一阶段的继续，由于Li离子在正极处大量聚集，正极电位有所下降。下降的正极电位和上升的负极电位导致整个电池电压下降到0 V以下。由于正极材料缺乏可用的间隙位置，多余的锂离子会强行挤入正极结构中，形成新的富锂相。正极的体积发生膨胀，会导致正极材料开裂，永久破坏微观结构。当正极中开始出现新的富锂相时，认为第一阶段结束，第二阶段开始。
• 第二阶段：负极处SEI膜持续分解，正极处不可逆的材料结构破坏继续进行。负级的电位继续升高，直到高于克服铜溶解所需的过电位。此时，Cu箔开始氧化溶解，在电压图中表现为负极电压的最高处，认为第二阶段结束。
• 第三阶段：随着Cu箔的氧化溶解，负极的电位逐渐降低。Cu离子迁移到正极材料附近，使得正极电位继续下降。当达到Cu离子的沉积电位之后，Cu开始在正极表面沉积，正极的电位会开始上升，表现为一个拐点（在这里正极达到其最小电位），此时认为第三阶段结束。
• 第四阶段：负极电位较为稳定，维持在某个平台数值，这说明Cu箔在继续溶解。正极处电位有所升高，Cu离子与Li离子在正极表面竞争被还原。沉积的Cu会对正极材料表面造成不均匀堵塞，同时会形成Cu桥，穿透隔膜连接起正负极，产生微短路。随着Cu桥的增大，内部电阻逐渐变小，因此只需要更低的电压值就能够使得电池以恒定的电流放电(根据欧姆定律)。电池内部的电化学反应趋于稳定，电压曲线逐渐接近某个平台（由电池材料以及结构所决定）。此时，电池上的铜桥已经生长到足以使电池表现为电路中的电阻，而不是电化学系统，因为电流能够通过Cu桥流经电池

wangxi007

不知道将来固体电池出来以后有没有类似的问题，真期待用固体电池的车和手机啊

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wangxi007 发表于 2025-2-28 21:32 不知道将来固体电池出来以后有没有类似的问题，真期待用固体电池的车和手机啊

固态电池能解决一个核心问题：固态电解质不像电解液（很多液体有机物）那样容易被氧化、还易燃易爆，所以哪怕过充过放也能避免热失效，保障安全

qwqwqw2088

过充会让电池内部温度升高，发热失控，严重会爆炸

过放的极端情况是什么

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qwqwqw2088 发表于 2025-3-3 16:52 过充会让电池内部温度升高，发热失控，严重会爆炸 过放的极端情况是什么

1.在重新充电时，电池发生内短路，导致过热起火甚至爆炸；这个是需要重新充电触发条件

2.电池鼓包，影响电子产品的使用，倒也不算典型的极端情况；但是如果鼓包电池受到机械外力损失，就会发生起火甚至爆炸，所以仍然是比较危险的情况

3.电池完全损坏不可用，这个现象不是那么危险，只是影响使用