鋰電池性能測試簡介

1、鋰 電 池 性 能 測 試 簡 介鋰離子電池具備如下幾個特性高能量密度、高操作電壓、高輸出功率、快速充電及低公害。所以雖然在單位能量價格上比起其它電池仍然偏高 但仍為近年來各種先進電池中最被重視的商品化電池。所以在此以介紹鋰離子電池為主。1、極板性能測試鋰離子電池一般是由正極含鋰氧化物與負極碳材搭配組成。在組裝一批新電池前正、負極材料將會被個別的制作Coin Cell半電池如LiMnzO/Li半電池，藉此來測試單位電容量及充放電特性。藉由定電位儀所測得的電容量 C-電壓V變化關系?？蓮腃-V曲線的最佳電位區(qū)間來 決定充電截止電壓 與放電截止電壓，再以實際活化物總量換算理論電容量，并估算充放電電

2、流 值。1、定電流定電壓充電充電開始：以一定電流進行充電，待電池充電電壓達設定值時再以設定 電壓值進行充電之方式。當鋰離子電池于不當?shù)碾妷撼潆姇r極易影響到循環(huán) 壽命甚至將使電解液分解而產生危險。因此不能使用像鎳鎘、鎳氫電池所通 用的定電流充電法，以避免上述的問題。鋰離子電池較宜使用 定電壓充電法， 但必須有精確充電截止電壓 位準控制，否則仍會有充電不足或循環(huán)壽命降低 的問題。準定電壓式充電就是一例。定電流定電壓充電法CC-CV既有CC充電的速率充電即可達充電截止電壓）又有CV的精準。曲線充電C-V曲線是描充電池在充電、放電過程中電壓及電容量間的關系曲線能讓工程師了解如何設計電池充電器，而放電曲

3、線能使工程師在設計電 路時正確的掌握電池的特性。例如最佳的工作電壓、不同溫度C-rate下的電池電容量。我們也可從電池目前的電壓對照 C-V曲線：以斜率大小負值概略估算電 池的殘存容量（Residual Capacity）。因此C-V曲線是了解電池的重要工具。2、分電池（Cell）性能測試已組裝之分電池，俗稱單位電池（以下簡稱電池）。在組裝后靜置8-12小時后為讓電解液充份浸潤極板，即依下列程序進 行測試作業(yè)。3、測量電池內部阻抗電池上架化成（俗稱活化）之前及下架后皆經測量電池阻抗值。待測試 后此數(shù)據(jù)合并電池電容量值以為電池組分級選之用。一般狀況下，電池阻抗 愈低，電池性能愈好，整體表現(xiàn)也愈佳

4、。2.電池化成（活化 Formation）鋰離子電池的化成：除了是使電池作用物質藉第一次充電轉成正常電化學作用外 也是使負極極板生成鈍化膜的重要程序。一般相信鈍化膜在鋰離子電池的電化學反應中對于電池的穩(wěn)定扮演著相當重要的角色。也因此各電池制造商除將材料及制程列為機密外化成條件也被列為該公司電池制 造的重要機密。相同于極板測試：將電池實際活化物總量換算理論電容量，以低C-rate作為充電電流值。以定額電流將電池在N小時內做完全放電獲得在此電流下之N小時 率容量G。因此充、放電電流可以 C-rate即Cn的系數(shù)來表示其大小，關系 如下式：I = M* CnI :充、放電電流大小(mA)M：倍率 C

5、-rate(hr -1)CN： N小時內完全放電的額定電容量(mAhr)例如：電池之5小時率容量 G=300mAhr;貝S C-rate為之充、放電電流 大小將是：匸M* Cs= hr -1)*(300mAhr)=150mA電池化成過程中會有大量的能量耗損，最可能是用于鈍化膜的形成。3. 電池電容量測試一般電池電容量測試是選取化成后電池三組每組3至5顆 再依下列步驟進行充放電。充放電過程以 10分鐘為一個取樣單位 記錄每一電池 的電池電壓、充放電流 另外對充、放電容量采取積分記錄。電池化成后最初的幾次充放電會因為電池的不可逆反應使得電池的放電電容量在初期會有減少的情形。電池的放電電容量自向下減

6、少。待電 池電化學狀態(tài)穩(wěn)定后電池容容量即趨平穩(wěn)。因此有些化成程序亦包含了數(shù)十次的充放電循環(huán)以達到穩(wěn)定電池的目的。不同C-rate的放電會影響到放電容量。4. 循環(huán)壽命測試選取化成后電池三組每組3到5顆依下列步驟充放電。充放電過程以20分鐘為一個取樣單位記錄每一電池的電池電壓、充放電流另外對充、放電容量采取積分記錄。于測試結束后 將各電池之放電電容量除以標稱電容量。由測試結果可得知 不同C-rate放電會影響到電池的循環(huán)壽命。5. 自放電率測試選取化成后電池四組 每組2到3顆 并依下列步驟充電。每隔7日 放電一組 如下列步驟放電 記錄平均每一電池的電池壓壓、 充放電流 另 外下放電容量采取積分記

7、錄。于第28日完成自放電率測試由結果可看出鋰離子電池的自放電率每月不超過5%6. 溫度測試一般溫度測試是選取化成后電池九組 每組2到3顆 在不同溫度下 依序完下列步驟充放電。充放電過程以 20分鐘為一個取樣單位 記錄每一 電池的電池電壓、充放電電池 另外對充、放電容量采取積分記錄。電能的儲存與釋放是由電化學的反應而來溫度高低會直接影響化學反應速率 尤其在低溫及咼溫下特別明顯。一般來說 -20 ° C0° C較不 適合電池反應在-10 ° C環(huán)境下充放電使得電池的放電電容量比室溫下減少將近25“。高溫下雖沒有明顯變化但長期下來將會影響到電池循環(huán)壽命。倒是建議可在溫度

8、測試時一并加入不同溫度下的自放電率看看會不會有明顯的差異。7. 性能測試之安全注意事項研發(fā)單位或學術研究所使用的專業(yè)充放電機具應該具個電池安全限制的設定功能。例如超過電壓、電流、溫度的安全設定范圍時充放電機應該 停止作業(yè)。此目的可有效防止因人為過失、程序設計失當或電池瑕疵所產生 的危害。如眾所知，鋰離子電池因不當?shù)倪^充或過放皆會造池或是設備的傷害、甚至人員遭受損傷。輕者電池功能喪失稍重者超出壓力閥限制使敬害氣體及電解液外漏 如為電池瑕疵甚至有可能燃燒起火。又如逆充電 極性接反 將破壞電池化學性能而 喪失機能。因此安全限制定要詳查再三 而電池上架也應該謹慎。一般電池 測試作業(yè)尤其是電池循環(huán)壽命測試 動輒數(shù)周或數(shù)月。因此應該有定期的檢查作 業(yè)來稽核 如工業(yè)安全衛(wèi)生自動檢查作業(yè)并能詳載記錄以確保場所安全。結論電池性能測試是研發(fā)單位、制造