新能源乘用車所使用的三元動力電池，壽命質(zhì)保要求8年或15萬公里甚至更高，假設(shè)充滿電一次能跑400公里，那么電池包的壽命需要有400-500次，如果折算到電芯上，考慮整車使用過程中一年四季溫度差異和電芯的一致性水平，主機(jī)廠要求單體電芯的循環(huán)壽命，常溫需要達(dá)到1500到2000次以上的水平，高溫也需要達(dá)到800到1000次以上的水平。

如果電芯的循環(huán)壽命實(shí)際測下來，同目標(biāo)有較大的差距，那么這種情況我們一般定義為循環(huán)失效，需要進(jìn)行失效分析，找到其失效原因，給出針對性的解決方案，進(jìn)而達(dá)到客戶的壽命目標(biāo)要求。

對于動力電芯研發(fā)的工程師來說，循環(huán)失效是我們在開發(fā)階段經(jīng)常遇到的問題，大致可以分為跳水型和直線Fading型，示意圖如下：

由于失效電芯不可復(fù)制，如果拿到馬上就去拆解，可能錯過部分重要的無損分析，較為遺憾；如果事無巨細(xì)，沒有特別明確目標(biāo)，各種高大上的測試都來一遍（GC，SEM，CP，ICP，扣電，對稱電池等），最終各種的測試結(jié)果也難以得出有效的結(jié)論，無法支持我們下一步的改善。筆者在方形電芯開發(fā)過程中，結(jié)合自己做的循環(huán)失效問題分析的一些體會，針對分析的思路，做以下分享:

分析思路是主要按照PDCA法則來進(jìn)行，具體如下圖：（也可選擇5Why，3W2H，8D等，只要能解決問題即可，重在靈活運(yùn)用）

分析的第一步要去思考:

真正的問題是什么？

循環(huán)跳水更深層次的問題是什么？

如何去挖掘？

……………

要回答這些問題，數(shù)據(jù)排查和搜集是必不可少的，可以從下幾個方面入手：

1. 電芯整體分析：小電流恢復(fù)，判斷容量損失是否可以恢復(fù)；EIS分析對比失效電芯的阻抗變化；如果有需求，需要觀察電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，也可以進(jìn)行CT分析，看失效電芯內(nèi)部JR的狀態(tài)變化（費(fèi)用較高）。

2. 電芯設(shè)計(jì)排查，分析電芯的設(shè)計(jì)是否合理，如材料體系搭配是否合理，CB是否合適，壓密是否過大等；

3. 測試過程排查，觀察是否在測試環(huán)節(jié)有異常，同時(shí)要查看過程測試的DCR，膨脹力，C/D等數(shù)據(jù)，觀測拆掉電芯夾具后電芯是否鼓脹等；

4. 制程數(shù)據(jù)排查，分析在電芯制造的各個環(huán)節(jié)，來料和過程數(shù)據(jù)是否有異常，排查清單舉例如下：

1. 相同化學(xué)體系排查，分析相同化學(xué)體系的設(shè)計(jì)，在小軟包上驗(yàn)證有無問題，有條件的話，也可查看在其他項(xiàng)目上，是否也出現(xiàn)過類似問題；

通過這些初步的定位分析，我們基本對循環(huán)失效電芯外在的性能表現(xiàn)（DCR增長異常，膨脹力增長過快，來料批次有波動等，注液系數(shù)不足，電芯故障產(chǎn)氣等）做出可能的失效原因預(yù)估，這樣在下一步的電池拆解過程中，我們就可以有目的的去觀察相關(guān)的細(xì)節(jié)和保留樣品。

第二步，電芯拆解看什么和留什么

電池拆之前，先想一下我們要在什么狀態(tài)下拆解，如果為了觀察界面，最好滿充態(tài)，如果單純?yōu)榱撕罄m(xù)留樣分析，進(jìn)行各種電池制作，則滿放態(tài)較好。電芯拆開之后，界面情況，卷心不同位置厚度，游離的電解液的量，陽極析鋰情況，極片厚度等，要進(jìn)行完整的拍照，記錄，根據(jù)我們后續(xù)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃安排，針對極片，隔膜和游離電解液（如果有）分別密封留樣。

第三步，根據(jù)拆解結(jié)果設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想

失效分析做到這一步很關(guān)鍵，這時(shí)候已經(jīng)根據(jù)排查和拆解的數(shù)據(jù)，有了一個小范圍的推測，此時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，列出可能的失效原因（簡單的FTA失效分析樹），可以用Xmind來快速有效的幫助分析，設(shè)計(jì)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，做有針對性的測試。舉例如下：

第四步就是制定改善措施并驗(yàn)證的過程，這一步就是根據(jù)驗(yàn)證得到的失效原因，提出對應(yīng)的改善方案，設(shè)計(jì)新的電芯，測試評估結(jié)果。如果最終測試結(jié)果表明，電芯循環(huán)得到了提升，且達(dá)到了目標(biāo)，那么失效分析即可結(jié)束；如果沒有，則要按照PDCA法則，持續(xù)進(jìn)行分析和改善。

總結(jié)下來，電芯失效分析的工作需要有較為清晰的邏輯思維能力，同時(shí)需要較為豐富的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。對于剛開始從事電芯開發(fā)的小伙伴來說，失效分析不失為一個鍛煉提升思維能力的好方法。

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