電池自放電率的測試

時間:2019-08-03 13:52來源:中國電池聯盟 作者:龍闕
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       二次電池都存在自放電現象，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激活而繼續使用的電池。
 
       電池的自放電又稱荷電保持能力，是指在開路狀態下，電池儲存的電量在一定環境條件下的保持能力。
 
       二次電池的自放電要遠大于一次電池，且大電流放電性能也比一次電池強。不過在小電流、間歇性放電的條件下，二次電池的質量比容量卻小于一次電池。
 
       從結構上來講，二次電池在放電時電極體積和結構之間會發生可逆變化，而一次電池內部則比較簡單，不需要調節可逆性變化。

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損壞，而無法使用，BYD常規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，從而得到一個比值，作為自放電率。不過，這種方法耗時長，成本高，所以往往只用在少數場合，比如產品認證檢測，產品抽樣檢查等。
 
      實驗論證表明，電池在較低的荷電狀態下，開路電壓與荷電量的曲線圖上，低電量時曲線斜率比較大，較小的電量下降就會產生較大的電壓下降，如圖所示。
 

 
       測試電池的自放電率，用途是多方面的。
 
       從電池質量來講，將電池自放電率用作電池質量檢測指標，用在行業標準與國家標準里，可以橫向比較不同廠家的產品制造水平，對產品質量進行把關。
 
       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象，說明產品自身質量存在缺陷，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量的重要參數，工作人員在研究各種方法對電芯進行進行分組，都希望得到一致的電芯，然后用在同一個電池包里。而電池的自放電率，正是靜態篩選的常用指標之一。
 
二
 
       在某種狀態下，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、時間、電池外部短路、溫度、電池開路放置、電化學材料副反應、電池隔膜缺陷、電池內部短路等。
 
       在不同的使用環境、應用狀態，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膜對負極的保護也就會逐漸出現漏洞，使得負極與電解液的接觸越來越多。所以，不同質量的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極，使得只有鋰離子通過而電子無法通過。如果隔膜質量出現問題，屏障的作用不能正常發揮，一點微小的缺陷，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，負極電勢就相對越低。所以，電池正極氧化性越強，負極的還原性就會越強，副反應也就越激烈。
 
       在同樣電量和容量的損失效率下，時間越長，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行比較的指標，在相同前提條件、相同時間下進行比較。
 
       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，正規的電池自放電特性測試實驗，都會嚴格要求實驗室的環境，以及濕度范圍。
 
       電芯材料的損失為不可逆反應，造成電芯容量的損失，損失的多少，是容量恢復性能的體現。電池短路造成的電量損失，消耗了當前電量，容量不受這部分反應的影響。
 
       電池材料副反應主要發生在三個部分，即正極材料、負極材料和電解液。
 
       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，環境條件不同，反應的激烈程度也不同。
 
       正極材料與電解液反應生成不溶產物，使得反應不可逆。參與反應的正極材料失去了原來的結構，電池也就失去了相應的電量和容量。
 
      電池負極材料具備與電解液反應的能力，在化成過程中，反應產物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。不過，透過SEI膜的缺陷，此反應也一直在少量進行。
 
       電解液與負極的反應同時消耗電解液中的鋰離子和負極材料，反應帶來電量損失的同時，也帶來電池最大可用容量的損失。
 
       電解液除了與正負極反應，與自身材質中的雜質也反應。與正負極材料中的雜質反應，會生成不可逆的產物，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，環境溫度越高，電化學材料的活性就越高，電池正極材料、負極材料、電解液等反應也就會越激烈，在相同的時間段內，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。

(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 電池 自放電率
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