锂离子电池的老化失效是普遍面临的问题，电池性能下降主要是由于材料和电极水平上的化学降解反应（图1）。电极的降解包括电极表面层的膜、孔隙的堵塞和电极裂纹或粘结性失效等；材料降解包括颗粒表面的膜、颗粒裂纹、颗粒剥离、颗粒表面的结构转变、金属元素的溶解和迁移等。比如材料的降解会导致电池水平的容量衰减和电阻增加等。因此，彻底了解电池内部发生的降解机制对于分析失效机理，延长电池寿命是非常重要的。本文中总结了拆解老化锂离子电池的方法以及用于分析拆解电池材料的物理化学检测技术。

图1 锂离子电池电极和材料降解的老化失效机制概述以及常见分析方法

1、电池拆解方法

老化失效的电池拆解分析流程如图2所示，主要过程包括：

（1）电池预检查；

（2）放电至截止电压或一定SOC状态；

（3）转移至受控环境中，比如干燥间；

（4）拆解打开电池；

（5）把各个组件分离开，比如正极、负极、隔膜、电解液等；

（6）对各个部分进行物理化学分析。

图2 老化失效电池拆解分析流程

1.1、锂离子电池拆解前的预检查和非破坏性检测

在拆解细胞之前，无损检测方法能够初步了解电池衰减机制，常见检测方法主要包括：

（1）容量测试：电池的老化状态通常以健康状态 （SOH） 为特征来表示，即老化时间t时刻电池放电容量与t=0时刻放电容量的比值。由于放电容量主要取决于温度、放电深度 （DOD） 和放电电流，因此通常规定操作条件定期检查来监测 SOH，如温度25°C，DOD 100%，放电倍率1C。

（2）微分容量分析（ICA）：微分容量即 dQ/dV-V曲线，可以将电压曲线中的电压平台和拐点转换为 dQ/dV 峰值，在老化过程中监测dQ / dV峰的变化（峰强度和峰移）可以获取活性材料损失/电接触损失，电池化学变化，放电，充电不足和析锂等信息。

（3）电化学阻抗谱（EIS）：在老化过程中，电池阻抗通常会增加，导致动力学变慢，这是容量衰减的部分原因。阻抗增加的原因是电池内部的物理化学过程导致的，例如电阻层的增加，可能主要原因是阳极表面上的SEI。但是，电池阻抗受许多因素的影响，需要通过等效电路来建模分析。

（4）目视检查、照片记录和称重也是分析老化锂离子电池的常规操作，这些检查能够展示电池外部变形或泄漏等问题，这可能也是影响老化行为或导致电池衰竭的原因。

（5）电池内部的非破坏性检测，包括X射线分析， X射线计算机断层扫描和中子断层扫描等。CT能够揭示电池内部的许多细节，例如老化后电池内部的变形，如图3和4所示。

图3 锂离子电池的非破坏性表征示例。a）果冻卷电池的 X 射线透射图像；b） 18650电池正极端子附近的正面CT扫描。