锂电池安全测试"过放电"失效动态还原

在锂电池的安全评估体系中，过放电（Over-discharge, OD）测试是必不可少的一项。与针刺、挤压等瞬间爆发的物理破坏不同，过放电对电池的损害往往始于微观结构的崩塌，最终演变为不可逆的热失控风险。

结论：锂电池过放电动态全过程（外部强制放电→电芯欠压→负极过度脱锂电位抬升→SEI全部分解→电解液还原产气→铜箔剧烈溶解→铜离子迁移正极沉积→铜枝晶生长→枝晶穿刺隔膜→微内短路→热量累积→隔膜熔融→热失控（鼓包 / 起火）

一.什么是电池过放电

锂离子电池的正常工作依赖于锂离子在正负极之间的往返嵌入与脱出。当电池电压降至截止电压（通常为2.5V或3V）以下时，电池便进入了过放状态。

核心原因：强制放电至电压低于截止值，负极锂完全脱出，电位异常抬升，突破铜集流体稳定电位。

2.1轻度过放（电芯电压：2.5~1.5V）

石墨中剩余锂被强制完全脱出，嵌锂量趋近于 0，锂化学势急剧降低，负极电位被动大幅抬升（从0.1V 升至 1.0V 以上），超出 SEI 膜稳定窗口。正极过度嵌锂，晶格发生畸变，过渡金属（Fe/Ni/Mn）微量溶出，污染电解液

2.2中度过放（电芯电压：1.5~0V）

SEI膜的分解与再生：负极表面的SEI膜（固体电解质界面膜）是电池长寿命的保护伞。但在过放过程中，负极电位持续升高。当负极电压超过其稳定性窗口时，SEI膜中的有机组分（如烷基碳酸锂）开始发生氧化分解。生成大量 CO、CO₂、烃类可燃气体，电芯明显鼓包、胀壳。

2.3深度过放（电芯电压：＜0V，负压强制放电）

这是过放电最具破坏性的机制。在正常充电状态下，负极电位接近0V ；但在深度过放时，负极活性物质中的锂离子几乎被榨干，负极电位会迅速攀升至 3.5V以上。

此时，作为负极集流体的铜箔（Cu）不再保持化学惰性，而是发生氧化反应：

铜离子溶入电解液，随之扩散至正极或隔膜处。当电池再次充电时，这些铜离子会在负极侧重新还原成金属铜。然而，它们不再是平整的箔材，而是呈现树枝状的“铜枝晶”。

2.4铜枝晶穿刺

正极表面沉积的铜持续生长，形成针状铜枝晶，硬度极高，挤压穿刺隔膜；隔膜被击穿后，正负极通过铜枝晶形成微内短路，持续产生焦耳热；隔膜被击穿后，正负极通过铜枝晶形成微内短路，持续产生焦耳热；触发电解液热分解、残留 SEI 膜分解等放热反应，最终引发鼓包破裂、漏液、起火。

小结：锂电池过放电本质：外部强制放电→电芯欠压→负极过度脱锂电位抬升→SEI 全部分解→电解液还原产气→铜箔剧烈溶解→铜离子迁移正极沉积→铜枝晶生长→枝晶穿刺隔膜→微内短路→热量累积→隔膜熔融→热失控（鼓包 / 起火）