新能源乘用車所使用的三元動力電池，壽命質保要求8年或15萬公里甚至更高，假設充滿電一次能跑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，主機廠要求單體電芯的循環(huán)壽命，常溫需要達到1500到2000次以上的水平，高溫也需要達到800到1000次以上的水平。

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

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，沒有特別明確目標，各種高大上的測試都來一遍（GC，SEM，CP，ICP，扣電，對稱電池等），最終各種的測試結果也難以得出有效的結論，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，判斷容量損失是否可以恢復；EIS分析對比失效電芯的阻抗變化；如果有需求，需要觀察電芯內部結構變化，也可以進行CT分析，看失效電芯內部JR的狀態(tài)變化（費用較高）。

2. 電芯設計排查，分析電芯的設計是否合理，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. 相同化學體系排查，分析相同化學體系的設計，在小軟包上驗證有無問題，有條件的話，也可查看在其他項目上，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的細節(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，要進行完整的拍照，記錄，根據(jù)我們后續(xù)的實驗計劃安排，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)拆解結果設計驗證實驗驗證猜想

失效分析做到這一步很關鍵，這時候已經(jīng)根據(jù)排查和拆解的數(shù)據(jù)，有了一個小范圍的推測，此時需要根據(jù)實際情況，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，設計對應的實驗，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證的過程，這一步就是根據(jù)驗證得到的失效原因，提出對應的改善方案，設計新的電芯，測試評估結果。如果最終測試結果表明，電芯循環(huán)得到了提升，且達到了目標，那么失效分析即可結束；如果沒有，則要按照PDCA法則，持續(xù)進行分析和改善。

總結下來，電芯失效分析的工作需要有較為清晰的邏輯思維能力，同時需要較為豐富的研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗。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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