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電池自放電率的測試

時(shí)間:2019-08-03 13:52來源:中國電池聯(lián)盟 作者:龍闕
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       二次電池都存在自放電現(xiàn)象，且自放電率相對較低。
 
       二次電池又稱充電電池或蓄電池，是指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。
 
       電池的自放電又稱荷電保持能力，是指在開路狀態(tài)下，電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。
 
       二次電池的自放電要遠(yuǎn)大于一次電池，且大電流放電性能也比一次電池強(qiáng)。不過在小電流、間歇性放電的條件下，二次電池的質(zhì)量比容量卻小于一次電池。
 
       從結(jié)構(gòu)上來講，二次電池在放電時(shí)電極體積和結(jié)構(gòu)之間會發(fā)生可逆變化，而一次電池內(nèi)部則比較簡單，不需要調(diào)節(jié)可逆性變化。

一
 
       一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也會越低，但溫度過低或者過高，也都有可能會造成電池?fù)p壞，而無法使用，BYD常規(guī)電池要求儲存溫度范圍為-20~45。
 
       如此一來，測試電池自放電率，就顯得尤為重要了。那么，又該如何測試電池的自放電率呢？
 
       測試電池自放電率最常用的方法，便是分別測量擱置前后的電池電量，從而得到一個(gè)比值，作為自放電率。不過，這種方法耗時(shí)長，成本高，所以往往只用在少數(shù)場合，比如產(chǎn)品認(rèn)證檢測，產(chǎn)品抽樣檢查等。
 
      實(shí)驗(yàn)論證表明，電池在較低的荷電狀態(tài)下，開路電壓與荷電量的曲線圖上，低電量時(shí)曲線斜率比較大，較小的電量下降就會產(chǎn)生較大的電壓下降，如圖所示。
 

 
       測試電池的自放電率，用途是多方面的。
 
       從電池質(zhì)量來講，將電池自放電率用作電池質(zhì)量檢測指標(biāo)，用在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國家標(biāo)準(zhǔn)里，可以橫向比較不同廠家的產(chǎn)品制造水平，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)。
 
       比如，在同一批次電池電芯里，如果有些電芯存在自放電率過高現(xiàn)象，說明產(chǎn)品自身質(zhì)量存在缺陷，工作人員便可挑選出來，重新再做處理。
 
       從電池電芯分選配組來講，電芯的一致性是電池包質(zhì)量的重要參數(shù)，工作人員在研究各種方法對電芯進(jìn)行進(jìn)行分組，都希望得到一致的電芯，然后用在同一個(gè)電池包里。而電池的自放電率，正是靜態(tài)篩選的常用指標(biāo)之一。
 
二
 
       在某種狀態(tài)下，由于某種因素的影響，電池會損失電荷，從而電池也就沒了保持能力。
 
      這些因素包括荷電量、SEI膜的老化、時(shí)間、電池外部短路、溫度、電池開路放置、電化學(xué)材料副反應(yīng)、電池隔膜缺陷、電池內(nèi)部短路等。
 
       在不同的使用環(huán)境、應(yīng)用狀態(tài)，以及生命階段，電池的自放電率也會有所不同。
 
       隨著電池循環(huán)使用的不斷增加，SEI膜的均勻性和致密性也會有所改變。逐漸老化的SEI膜對負(fù)極的保護(hù)也就會逐漸出現(xiàn)漏洞，使得負(fù)極與電解液的接觸越來越多。所以，不同質(zhì)量的SEI膜，在電池生命初期也會帶來不同的自放電率。
 
       電池隔膜的功能是隔離電池正負(fù)極，使得只有鋰離子通過而電子無法通過。如果隔膜質(zhì)量出現(xiàn)問題，屏障的作用不能正常發(fā)揮，一點(diǎn)微小的缺陷，也會對自放電率造成明顯的影響。
 
       研究表明，荷電量越高，電池的自放電率就會越高。由此得出，荷電量越高，則表示正極電勢越高，負(fù)極電勢就相對越低。所以，電池正極氧化性越強(qiáng)，負(fù)極的還原性就會越強(qiáng)，副反應(yīng)也就越激烈。
 
       在同樣電量和容量的損失效率下，時(shí)間越長，損失的電量和容量也就越多。不過，電池自放電性能一般是用于不同電芯進(jìn)行比較的指標(biāo)，在相同前提條件、相同時(shí)間下進(jìn)行比較。
 
       開路放置的電池，外部短路主要受到空氣污染程度和空氣濕度的影響。所以，正規(guī)的電池自放電特性測試實(shí)驗(yàn)，都會嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境，以及濕度范圍。
 
       電芯材料的損失為不可逆反應(yīng)，造成電芯容量的損失，損失的多少，是容量恢復(fù)性能的體現(xiàn)。電池短路造成的電量損失，消耗了當(dāng)前電量，容量不受這部分反應(yīng)的影響。
 
       電池材料副反應(yīng)主要發(fā)生在三個(gè)部分，即正極材料、負(fù)極材料和電解液。
 
       電池正極材料主要是各類鋰的化合物，始終與電解液存在著微量的反應(yīng)，環(huán)境條件不同，反應(yīng)的激烈程度也不同。
 
       正極材料與電解液反應(yīng)生成不溶產(chǎn)物，使得反應(yīng)不可逆。參與反應(yīng)的正極材料失去了原來的結(jié)構(gòu)，電池也就失去了相應(yīng)的電量和容量。
 
      電池負(fù)極材料具備與電解液反應(yīng)的能力，在化成過程中，反應(yīng)產(chǎn)物SEI膜附著在電極表面，使得電極與電解液停止了激烈的反應(yīng)。不過，透過SEI膜的缺陷，此反應(yīng)也一直在少量進(jìn)行。
 
       電解液與負(fù)極的反應(yīng)同時(shí)消耗電解液中的鋰離子和負(fù)極材料，反應(yīng)帶來電量損失的同時(shí)，也帶來電池最大可用容量的損失。
 
       電解液除了與正負(fù)極反應(yīng)，與自身材質(zhì)中的雜質(zhì)也反應(yīng)。與正負(fù)極材料中的雜質(zhì)反應(yīng)，會生成不可逆的產(chǎn)物，使得鋰離子總量減少，此為電池最大可用容量損失的原因。
 
       一般來講，環(huán)境溫度越高，電化學(xué)材料的活性就越高，電池正極材料、負(fù)極材料、電解液等反應(yīng)也就會越激烈，在相同的時(shí)間段內(nèi)，造成的容量損失就會越多。
 
       總而言之，言而總之，電池制造工序，一定要做好自放電率測試。

(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 電池 自放電率
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