具有金屬外殼的鋰離子動力電池具有散熱性能好，機械強度高等優點，從而受到了廣大鋰電生產廠商的追捧。但在電池內部，有時由于生產過程的原因，正負極可能會與和金屬殼直接接觸，在某些條件下會破壞原來的鈍化膜，進而造成電池的失效。因此，搞清金屬外殼鋰離子動力電池內部發生的腐蝕反應，對于提高鋰離子電池的壽命和安全性都具有重要的指導意義。本文通過對一款鋁殼鋰離子動力電池進行研究，分析腐蝕反應發生的條件，并通過掃描電子顯微鏡法(SEM)、電感耦合等離子光譜(ICP)、X射線衍射(XRD)，能譜定量分析(EDS)等分析手段對腐蝕反應進行了深入的研究，并對實際生產過程進行了指導。

殼電壓產生的原因

對于失效電池的分析：

通過上述曲線可以看出，正常電池殼體與負極電位在2.0V以上，并且循環性能和存儲性能良好，而發生腐蝕的電池負極與殼體電位低，接近0V，并且循環和存儲性能衰減快。

將兩塊電池進行解剖分析

正常電池的鋁殼內壁光滑平整，紋路清晰，而腐蝕電池經過解剖，發現負極耳與鋁殼內壁接觸處已經開裂，SEM圖則表明腐蝕部位充滿了網狀結構。

通過EDS可以看出，正常電池的鋁殼只檢測出鋁元素，而鋁殼內壁發生腐蝕的部分則檢測出碳和氧元素，這說明鋁殼發生了腐蝕反應。為了推斷腐蝕反應是如何發生的，在干燥環境中將鋁殼的腐蝕部位刮下少量腐蝕粉末做XRD檢測，同時將兩只電池的殘留電解液進行ICP測試，結果如下所示：

通過軟件擬合，腐蝕部位的主要成分為Li2CO3和少量的[Al2Li(OH)6]2CO3，腐蝕樣品溶解后用pH試紙檢測后發現呈強堿性。腐蝕過程推測如下，當電池的負極組或者負極耳與電池殼接觸時，在電池充放電或者存儲過程中，鋰離子通過電解液可能優先會嵌入鋁殼中，產生嵌鋰的鋁化合物，同時從表4中的數據可以看出，腐蝕電池電解液中的鋰元素的含量明顯高于正常電池，這些鋰元素的存在形式包括鋰離子和鋰單質。由于金屬Al的晶格八面體空隙大小與Li+大小相近,極易與Li+形成金屬間隙化合物，假如金屬Al晶格中所有的八面體都嵌入Li+,形成化學式為LiAl的合金。隨著嵌鋰的深入，逐步反應生成氧化鋰、氫氧化鋰，所以腐蝕樣品溶解后呈堿性，隨著腐蝕反應的進一步發生，鋰單質、氧化鋰、氫氧化鋰以及嵌鋰的鋁化合物與空氣中的二氧化碳反應生成Li2CO3和少量的[Al2Li(OH)6]2CO3，此時電池將逐漸失效。

小結：

(1)通過對正常電池和鋁殼外側具有明顯腐蝕痕跡的電池經過性能測試后可知，腐蝕電池在循環、存儲、倍率等方面均有一定程度的下降;

(2)通過對腐蝕后的鋁殼鋰離子動力電池解剖后發現，腐蝕反應發生的原因是負極與鋁殼內壁發生接觸，此時鋁殼與負極之間的電壓較低，腐蝕反應先從鋁殼內部發生，經過一段時間后，腐蝕逐步反應到鋁殼外側;

(3)對腐蝕部位做XRD、EDS、SEM以及對殘留電解液做ICP表明，腐蝕反應發生的最根本的原因可能是鋰離子與鋁金屬發生了嵌入反應，繼而導致電池的失效。

展望：

對于具有金屬外殼的鋰離子動力電池而言，在電池進行生產完成后測量負極與殼體的電位是一個關鍵的分選參數，但由于電化學腐蝕本身比較復雜，發生的環境也多種多樣，所以很難再初期將具有腐蝕隱患的動力電池挑選出來，因而普遍的做法是將電池的正極和殼體連接在一起，提高了殼體的電位，從而達到對金屬外殼的保護，但仍然存在著隱患，一旦負極與殼體有所接觸，電池很容易發生短路。所以，在電池制作完成后，殼體的絕緣保護很重要。