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(gè)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(jià)格上比起其它電池仍然偏高但仍為近年來各種先進(jìn)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(fù)極碳材搭配組成。在組裝一批新電池前正、負(fù)極材料將會(huì)被個(gè)別的制作Coin Cell半電池如LiMn2O4/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(guān)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(shí)際活化物總量換算理論電容量，并估算充放電電流值。1、定電流定電

2、壓充電 充電開始：以一定電流進(jìn)行充電，待電池充電電壓達(dá)設(shè)定值時(shí)再以設(shè)定電壓值進(jìn)行充電之方式。當(dāng)鋰離子電池于不當(dāng)?shù)碾妷撼潆姇r(shí)極易影響到循環(huán)壽命甚至將使電解液分解而產(chǎn)生危險(xiǎn)。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(zhǔn)控制，否則仍會(huì)有充電不足或循環(huán)壽命降低的問題。準(zhǔn)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(1.0C充電0.5hr即可達(dá)充電截止電壓)又有CV的精準(zhǔn)。2.C-V曲線 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(guān)系。充電曲線能讓工程師了解如何設(shè)計(jì)電池充電器，而放電曲

3、線能使工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)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(duì)照C-V曲線：以斜率大小負(fù)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(shí)后為讓電解液充份浸潤極板，即依下列程序進(jìn)行測試作業(yè)。 3、測量電池內(nèi)部阻抗 電池上架化成（俗稱活化）之前及下架后皆經(jīng)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(jí)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。 2

4、.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(zhì)藉第一次充電轉(zhuǎn)成正常電化學(xué)作用外也是使負(fù)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(xué)反應(yīng)中對(duì)于電池的穩(wěn)定扮演著相當(dāng)重要的角色。也因此各電池制造商除將材料及制程列為機(jī)密外化成條件也被列為該公司電池制造的重要機(jī)密。相同于極板測試：將電池實(shí)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(shí)內(nèi)做完全放電獲得在此電流下之N小時(shí)率容量CN。因此充、放電電流可以C-rate即CN的系數(shù)來表示其大小，關(guān)系如下式： I=M* CN I：充、放電電流大小(mA) M：倍率C-rate(h

5、r-1) CN：N小時(shí)內(nèi)完全放電的額定電容量(mAhr) 例如：電池之5小時(shí)率容量C5=300mAhr，則C-rate為0.5之充、放電電流大小將是：I=M* C5=(0.5 hr-1)*(300mAhr)=150mA 電池化成過程中會(huì)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(jìn)行充放電。充放電過程以10分鐘為一個(gè)取樣單位記錄每一電池的電池電壓、充放電流另外對(duì)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(huì)因?yàn)殡姵氐牟豢赡娣磻?yīng)使得電池的放電電容量在初期會(huì)有減少的情形。電池的放電電容量自0.753mA向下

6、減少。待電池電化學(xué)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(dá)到穩(wěn)定電池的目的。不同C-rate的放電會(huì)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(gè)取樣單位記錄每一電池的電池電壓、充放電流另外對(duì)充、放電容量采取積分記錄。 于測試結(jié)束后將各電池之放電電容量除以標(biāo)稱電容量。由測試結(jié)果可得知不同C-rate放電會(huì)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錄。 于第28日完

7、成自放電率測試由結(jié)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(gè)取樣單位記錄每一電池的電池電壓、充放電電池另外對(duì)充、放電容量采取積分記錄。 電能的儲(chǔ)存與釋放是由電化學(xué)的反應(yīng)而來溫度高低會(huì)直接影響化學(xué)反應(yīng)速率尤其在低溫及高溫下特別明顯。一般來說-20° C0° C較不適合電池反應(yīng)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(huì)影響到電池循環(huán)壽命。倒是建議可在溫度測試時(shí)一并加入不同溫度下的自放電率看看

8、會(huì)不會(huì)有明顯的差異。 7.性能測試之安全注意事項(xiàng)研發(fā)單位或?qū)W術(shù)研究所使用的專業(yè)充放電機(jī)具應(yīng)該具個(gè)電池安全限制的設(shè)定功能。例如超過電壓、電流、溫度的安全設(shè)定范圍時(shí)充放電機(jī)應(yīng)該停止作業(yè)。此目的可有效防止因人為過失、程序設(shè)計(jì)失當(dāng)或電池瑕疵所產(chǎn)生的危害。如眾所知，鋰離子電池因不當(dāng)?shù)倪^充或過放皆會(huì)造池或是設(shè)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(xué)性能而喪失機(jī)能。因此安全限制定要詳查再三而電池上架也應(yīng)該謹(jǐn)慎。一般電池測試作業(yè)尤其是電池循環(huán)壽命測試動(dòng)輒數(shù)周或數(shù)月。因此應(yīng)該有定期的檢查作業(yè)來稽核如工業(yè)安全衛(wèi)生自動(dòng)檢查作業(yè)并能詳載記錄以確保場所安全。 結(jié)論 電池性能測試是研發(fā)單位、制造商內(nèi)部的