鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3249次 | 2021年04月21日
關(guān)于鋰離子電池基本性能測(cè)試 你知多少?
通常,當(dāng)鋰離子電池做完化成-老化工序之后,要對(duì)電池進(jìn)行檢驗(yàn)分析。那么一般會(huì)進(jìn)行什么內(nèi)容的測(cè)試呢,今天簡(jiǎn)單聊聊電池的測(cè)試,鋰電派的粉絲可后臺(tái)留言交流。一般而言關(guān)于待分析的鋰離子電池,或者其他待測(cè)體系,電化學(xué)方面的研究人員都會(huì)做基礎(chǔ)的檢測(cè)和電化學(xué)性能測(cè)試,以進(jìn)一步確認(rèn)和判斷該電池或者該體系出現(xiàn)的問題。
一、外觀檢測(cè)
軟包電池:我們要確認(rèn)電池是否完好無損,包括是否發(fā)鼓,是否漏液,是否表面有腐蝕現(xiàn)象等等,通過表面現(xiàn)象初步判斷電池能否使用或者經(jīng)歷了什么樣的遭遇。
方形鋁殼:同樣是確認(rèn)電池是否有漏液,鋁殼變形、有坑等,是否出現(xiàn)極柱不對(duì)稱等現(xiàn)象。
電池發(fā)鼓,考慮是在高溫下還是常溫下的鼓脹,看看電池的一致性,是單個(gè)電池還是整批都是。假如是整批電池,考慮是體系的問題還是整體工藝的問題,通常鈦酸鋰離子電池體系鼓脹較為明顯,裝配工藝、設(shè)計(jì)不合理時(shí)也會(huì)整體鼓脹。假如是單個(gè)電池考慮是否發(fā)生了嚴(yán)重的裂化衰減、產(chǎn)氣等。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池漏液,首先確認(rèn)電池漏液的位置,是極耳處還是注液口處,最后要確定是電池殼體設(shè)計(jì)問題還是操作的問題,比如沒有封好鋁塑膜、沒有焊接好注液孔等。
假如發(fā)現(xiàn)電池表面腐蝕,考慮是注液時(shí)灑出電解液導(dǎo)致的腐蝕還是電池漏液引起的,抑或是電池短路碰撞、電化學(xué)腐蝕引起的殼體腐蝕。發(fā)現(xiàn)問題時(shí)要及時(shí)將其剔除。
二、基本電化學(xué)性能檢測(cè)
1.電池的OCV、IR、體積(厚度)測(cè)量
拿到一批電池,首先要對(duì)電池的OCV、IR、體積(厚度)等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)試OCV可以確認(rèn)電池初始狀態(tài)的異常,測(cè)試IR可以將有問題的電池及時(shí)鎖定,以觀察其后續(xù)可能出現(xiàn)的問題,比如裂化、微短路等。測(cè)試體積或厚度不多解釋,電池使用過程會(huì)鼓脹,電池鼓脹的原因見文末鏈接
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
。
2.電池的容量確認(rèn)
一般要對(duì)電池做2~3次的容量確認(rèn),為何不做一遍?擔(dān)心不夠準(zhǔn)確,做多了無意義。
通常對(duì)電池的容量測(cè)試,選擇0.5C或1C的電流,目前的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是1C充電1C放電,看有多少容量。當(dāng)然,0.5C放電的容量會(huì)多于1C的,根據(jù)國(guó)標(biāo)來吧~
此外,常規(guī)容量確認(rèn)之后,還要對(duì)電池進(jìn)行小電流充放電,目的是排除極化阻抗的影響,一般是0.1C或者更小;此時(shí),電流足夠小,極化足夠小,暫時(shí)可以不予考慮,完整的展現(xiàn)出電池本身的容量及中壓,循環(huán)曲線等等基礎(chǔ)信息。
再往細(xì)處,假如條件允許,外界電壓數(shù)據(jù)采集器,精確測(cè)量電池的電壓-容量曲線,經(jīng)過微分處理,可以進(jìn)一步展現(xiàn)電池的內(nèi)在狀態(tài),通過峰型峰位置的變化,判斷電池的劣化程度和類型。
3.三電極
由于電池體系中有電流通過,出現(xiàn)了溶液電壓降和對(duì)電極的極化,因此工作電極的電位難以準(zhǔn)確測(cè)定,由此要引入?yún)⒈入姌O。參比電極有著非常穩(wěn)定的電位,且電流不經(jīng)過參比電極不會(huì)引起極化,從而工作電極的電位可以由參比電極得到,而電流由工作電極-輔助電極回路得到。電化學(xué)測(cè)試通常都會(huì)考慮三電極的方法,對(duì)鋰離子電池研究也相同。
通過三電極的處置,可以清晰的分辨正負(fù)極的電極電位,判斷究竟是哪一方出現(xiàn)問題,電勢(shì)偏離。
此處,要考慮的是參比電極,一般是鋰金屬電極,要放置到正負(fù)極之間,而不僅僅是電池內(nèi)部。
制作三電極要保證盡可能不影響電池本身的狀態(tài),防止短路,接觸影響。
4.EIS測(cè)試
EIS(ElectrochemicalImpendenceSpectroscopy)就是電化學(xué)阻抗譜,對(duì)電化學(xué)來說,阻抗能否進(jìn)行很好的擬合、分析,代表電池的分析能否準(zhǔn)確。
根據(jù)能量守恒定律,凡事都會(huì)消耗能量,而阻抗就是精確測(cè)量這某一部分能量如何被消耗的。
簡(jiǎn)單的電池阻抗圖譜,Nyqist圖,bode-頻率圖,可以直觀的判斷電池的反應(yīng),經(jīng)歷的幾個(gè)界面,各自的阻抗大小,后續(xù)的擴(kuò)散部分如何等。
通常來講,阻抗圖是比較著看,也就是拿一個(gè)已知的,一個(gè)未知的,相互對(duì)照著看,才能更加直觀的看出孰優(yōu)孰劣,優(yōu)勢(shì)在何處,劣勢(shì)在何處。以后的改進(jìn)方向在何方,或者問題點(diǎn)可能出現(xiàn)的位置在哪里。
三電極+EIS阻抗,會(huì)供應(yīng)更加豐富的信息,更可以把電池的阻抗具體分為正負(fù)極各自的阻抗,更加清晰的描繪出電池內(nèi)部阻抗的分布情況。能夠在不暴力性破壞電池的情況下,給出的電池的具體信息。
三、鋰離子電池性能測(cè)試
鋰離子電池在經(jīng)過基本的電化學(xué)性能測(cè)試后,可以進(jìn)行深度的性能研究,選擇出一致性好、阻抗低的電池來進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試。
1.循環(huán)壽命
鋰離子電池循環(huán)次數(shù)多少,反應(yīng)的是電池可以反復(fù)充放電用多少次。根據(jù)鋰離子電池使用的環(huán)境不同,循環(huán)壽命可以測(cè)試電池在低溫下、常溫下以及高溫下的循環(huán)壽命能達(dá)到多少。通常根據(jù)電池的用途選擇電池的廢棄標(biāo)準(zhǔn),假如電池用于動(dòng)力鋰電池(電動(dòng)汽車、電動(dòng)叉車)等,一般選擇放電容量維持率為80%時(shí)作為廢棄的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),而電池假如用于儲(chǔ)能、蓄電等則可以放寬到60%。我們常常接觸的電池,假如放電容量/初始放電容量低于60%也就沒必要用了,堅(jiān)持不了半天。
2.倍率
現(xiàn)如今,鋰離子電池不僅用于3C,在動(dòng)力鋰電池的應(yīng)用上也越來越多,電動(dòng)汽車在不同工況下行駛,要變換電流。在生活節(jié)奏很快的當(dāng)下,電動(dòng)汽車充電樁短缺對(duì)鋰離子電池快速充電的要求也越來越高。所以,要對(duì)鋰離子電池的倍率性能進(jìn)行測(cè)試??梢愿鶕?jù)動(dòng)力鋰電池國(guó)標(biāo)來進(jìn)行檢測(cè)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外電池廠都有生產(chǎn)特殊的高倍率電池,以滿足市場(chǎng)要,高倍率電池的設(shè)計(jì)可以從活物質(zhì)種類、極片面密度、壓實(shí)密度、極耳選擇、焊接工藝以及裝配工藝來著手,感興趣的朋友可以自己了解。
3.安全性測(cè)試
安全性可以是電池使用者最關(guān)心的問題了,無論是手機(jī)電池的爆炸、還是電動(dòng)汽車的著火等都足夠讓人們膽戰(zhàn)心驚。鋰離子電池的安全性是必須要經(jīng)過檢驗(yàn)的項(xiàng)目,安全檢驗(yàn)內(nèi)容包括過充電、過放電、短路、跌落、加熱、震動(dòng)、擠壓、針刺等等,不過依鋰電派來看,這些安全性測(cè)試都是被動(dòng)的安全測(cè)試,意思就是拿塊電池放在拿讓外來物主動(dòng)來破壞電池來測(cè)試電池足夠安全。在送檢的時(shí)候,要對(duì)電池、模塊進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)來過了安全檢測(cè),但是在實(shí)際使用過程中,例如電動(dòng)汽車失控撞上別的車或物,是不規(guī)則的碰撞,可能會(huì)面對(duì)更復(fù)雜的情況,但是這樣來說測(cè)試的成本更高,只能選擇相對(duì)來說靠譜的測(cè)試內(nèi)容。