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蓄電池負極斷裂失效分析：專業(yè)解析與解決方案
發(fā)布時間：2025-02-10 點擊次數(shù)：24267
一、蓄電池負極斷裂失效分析案例背景
某極柱樣品作為蓄電池引出端導體，使用 3.5 年后出現(xiàn)開裂甚至斷裂，且失效僅發(fā)生在負極柱。極柱基材為 H62 黃銅，加工成型后鍍 Ni 處理，蓄電池電解液為 1.25g/ml KOH 溶液。1#、2# 為 NG 樣品，3# 為 OK 樣品，需分析樣品失效原因。
二、蓄電池負極斷裂失效分析過程
1、外觀檢查
在光學顯微鏡下觀察，1# 斷裂樣品呈黑色且有大量白色異物附著；2# 樣品裂紋嚴重位置發(fā)現(xiàn)一處缺口。
2、SEM 檢查
電鏡下觀察，1# 白色異物處存在大量結晶物質(zhì)，黑色區(qū)域可見大量腐蝕產(chǎn)物堆積；2# 有嚴重的裂紋。
3、EDS 成分分析
EDS 分析結果顯示，1# 樣品白色異物和黑色區(qū)域都檢測到大量 C、O、Na、K，應存在殘留的電解液和其他雜質(zhì)。黑色區(qū)域還檢測到少量 P、S、Cl 等腐蝕性元素，且兩個位置的 Cu/Zn 比值較 H62 黃銅顯著偏低，此處存在 Zn 元素富集。2# 樣品經(jīng) EDS 確認缺口位置 Ni 層脫落，同樣發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物位置 Zn 含量富集，露基材位置則 Zn 含量偏低。
4、金相組織檢測
拋光態(tài)下，1# 斷裂樣品斷口區(qū)域存在大量二次裂紋，主裂紋擴展方向為從內(nèi)螺紋往外螺紋方向，裂紋處發(fā)現(xiàn)大量灰色異物。同時發(fā)現(xiàn)極柱內(nèi)螺紋未進行鍍 Ni 處理，非斷裂位置的內(nèi)螺紋表層亦發(fā)現(xiàn)少量灰色異物，外螺紋位置則未發(fā)現(xiàn)灰色異物。3#OK 樣未見明顯異常，其內(nèi)螺紋亦未進行鍍 Ni 處理，僅外螺紋鍍 Ni。拋光后 EDS 檢測成分顯示，1# 斷裂樣品灰色異物成分主要為 C、O、Cu，存在少量 K 元素，Zn 含量偏低，僅為 2.78%。1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品基材成分未見明顯異常。腐蝕態(tài)下，1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品組織均為連續(xù)α相基體中沿拉伸方向分布的條塊狀β相，未見明顯組織異常。
蓄電池負極斷裂失效分析
5、維氏硬度檢測
維氏硬度檢測結果表明，1# 斷裂樣品和 3#OK 樣品硬度未見明顯差別。
三、蓄電池負極斷裂失效分析結論
極柱樣品開裂位置檢測到大量 K 元素，蓄電池在使用過程中應存在 KOH 電解液泄漏現(xiàn)象。清洗后斷口局部位置可見冰糖狀形貌，斷裂應屬于脆性斷裂。因樣品內(nèi)螺孔未鍍鎳保護，2# 斷樣品存在鍍 Ni 層破損，KOH 電解液泄漏后直接接觸到基材。負極柱處于蓄電池負極，易在使用過程中失電子發(fā)生氧化反應，同時 Zn 電位較 Cu 低，從而產(chǎn)生脫鋅腐蝕。Cu 元素則在堿性環(huán)境下發(fā)生吸氧腐蝕形成黑色 CuO，基材脫鋅后影響了材料致密性，降低了材料的力學性能。電解液吸附環(huán)境中的 P、S、Cl 等腐蝕性元素，在拉應力作用下（極柱螺紋緊固時存在拉應力），最終發(fā)生應力腐蝕開裂。綜上，樣品失效為電解液泄漏、內(nèi)螺孔未鍍 Ni 保護或鍍 Ni 層破損，同時在電極作用下引發(fā)的應力腐蝕開裂。
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