磷酸鐵鋰電池自放電檢測工藝研究

徐文娟　張　巖　劉露露　李　嚴(yán)（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南　洛陽　471003）

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磷酸鐵鋰電池自放電檢測工藝研究

徐文娟張巖劉露露李嚴(yán)
（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽471003）

自放電是衡量鋰電池的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，通過對(duì)鋰電池不同荷電狀態(tài)下電池容量與開路電壓的研究，在不同荷電狀態(tài)下不同時(shí)間電壓測試，研究了一種鋰電池快速自放電檢測工藝，可通過簡單快速的方法判斷磷酸鐵鋰電池自放電性能。

磷酸鐵鋰電池；自放電；檢測工藝

自放電是衡量磷酸鐵鋰電池的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，自放電又稱荷電保持能力，是指在開路狀態(tài)下，電池儲(chǔ)存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力［1］。鋰電池自放電程度主要受正極材料、制作工藝、生產(chǎn)設(shè)備、電解液的性能、隔膜和儲(chǔ)存條件等因素影響［2］。通常情況下，電池存儲(chǔ)溫度越低，自放電率也越低，但溫度過低或過高均有可能造成電池?fù)p壞無法使用。一般常規(guī)電池要求儲(chǔ)存溫度范圍為-20～45℃。電池充滿電開路擱置一段時(shí)間后，一定程度的自放電屬于正?，F(xiàn)象。

目前國際通用的測量方法是：將電池充滿電后，在常溫狀態(tài)下擱置28d或在高溫狀態(tài)下擱置7d，然后通過測量電池的剩余電量的方法來評(píng)估電池自放電的大小。

傳統(tǒng)自放電的測量方法需很長的測試時(shí)間，對(duì)于科研是比較實(shí)際和準(zhǔn)確的方法，但其生產(chǎn)時(shí)間過長，并且占用大量的流動(dòng)資金和大面積生產(chǎn)場地，直接影響到生產(chǎn)和交貨，造成較大的浪費(fèi)，嚴(yán)重影響電池企業(yè)和科研單位的經(jīng)濟(jì)效益［3］。衡量自放電的另一個(gè)重要的指標(biāo)K值=△OCV/△t，K值的計(jì)算方法簡便、誤差小。

本文研究了一種快速磷酸鐵鋰電池自放電檢測工藝。通過對(duì)鋰電池不同荷電狀態(tài)下電池容量與開路電壓的原理性研究，在不同荷電狀態(tài)下不同時(shí)間電壓測試研究，研究了一種鋰電池快速自放電檢測工藝，通過研究自放電特性，可通過簡單快速的方法判斷磷酸鐵鋰電池自放電性能，并進(jìn)行電池分選，保證電池性能的一致性［4］。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原理研究

鋰電池不同荷電狀態(tài)（SOC）對(duì)應(yīng)不同開路電壓（OCV），對(duì)SOC與OCV關(guān)系進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)SOC與OCV存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，在2%～8%、10%～20%、20%～35% SOC存在擬合線性關(guān)系，荷電狀態(tài)越小對(duì)應(yīng)電壓斜率越大，40%～90%SOC對(duì)應(yīng)電壓斜率最小，荷電狀態(tài)與開路電壓關(guān)系圖如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1開路電壓。電池充電結(jié)束后電池壓降較快，原因是電池充電過程中的極化，造成充電電壓高于電池實(shí)際電壓，稱為超電勢，在靜置一段時(shí)間后電壓回歸至電池自身電壓。

圖1　電壓曲線圖

采用100Ah型號(hào)電池，取5支電池，電池分容后使用0.2C充電SOC至5%，連續(xù)采集20h內(nèi)電壓。電池在4h內(nèi)為去極化過程，4～10h電壓變化緩慢，10～20h電壓趨于穩(wěn)定，如圖2所示。

圖2　連續(xù)測試電壓圖

1.2.2荷電狀態(tài)。采用100Ah型號(hào)電池，取90支電池分成3組，每組30支電池，分別叫A組、B組與C組，電池分容結(jié)束后，各單體電池之間容量偏差小于等于0.5Ah，使用0.3C電流將電池循環(huán)3次，使電池體系穩(wěn)定。

將A組電池使用0.2C荷電狀態(tài)調(diào)整至5%，B組電池使用0.2C荷電狀態(tài)調(diào)整至15%，C組電池使用0.2C荷電狀態(tài)調(diào)整至30%，分別測試A組、B組和C組充電后12、24、36h以及2、3、4、6、8、12D和28D電壓。計(jì)算對(duì)比每組試驗(yàn)電池測試電壓差值與存儲(chǔ)28D容量損失。

根據(jù)電池測試可選擇靜置12h采集的電壓作為OCV1，分別對(duì)比各靜置階段的電壓與28D容量損失，各階段自放電變化趨勢基本一致。電池在5%荷電狀態(tài)下，在2D內(nèi)就可以區(qū)分出電池自放電大小，挑選出自放電大電池，如圖3所示，故電池在較小荷電狀態(tài)下，能更快速區(qū)分出電池自放電大小，有利于電池的分選及自放電異常電池的挑選；電池在15%荷電狀態(tài)下，在較短時(shí)間內(nèi)電壓變化較小，電池需要12D時(shí)間才能區(qū)分出自放電大小電池，挑選出自放電大電池，如圖4所示；電池在30%荷電狀態(tài)下，12D內(nèi)電池電壓變化均在較小范圍內(nèi)，較難區(qū)分電池自放電大小，只有較長時(shí)間才能區(qū)分出自放電大小，如圖5所示。

圖3　5%荷電電壓測試圖

圖4　15%荷電電壓測試圖

圖5　30%荷電電壓測試圖

2　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與討論

2.1實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

采用100Ah型號(hào)電池，取10支電池，使用A組電池測試方法，0.2C電流將電池荷電狀態(tài)調(diào)整至5%，測試12h與2D電壓OCV1與OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作為自放電測試檢測標(biāo)準(zhǔn)。電池測試完成后將電池調(diào)整至滿電荷電狀態(tài)，按照標(biāo)準(zhǔn)常溫滿電28D擱置，使用荷電保持率方法測試荷電保持率數(shù)據(jù)（見表1）。

表1　荷電態(tài)5%自放電測試滿電驗(yàn)證

同樣采用100Ah型號(hào)電池，取10支電池，使用B組電池測試方法，0.2C電流將電池荷電狀態(tài)調(diào)整至15%，測試12h與12D電壓OCV1與OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作為自放電測試檢測標(biāo)準(zhǔn)。電池測試完成后將電池調(diào)整至滿電荷電狀態(tài)，按照標(biāo)準(zhǔn)常溫滿電28D擱置，使用荷電保持率方法測試荷電保持率數(shù)據(jù)（見表2）。

表2　荷電態(tài)15%自放電測試滿電驗(yàn)證

同樣采用100Ah型號(hào)電池，取10支電池，使用C組電池測試方法，0.2C電流將電池荷電狀態(tài)調(diào)整至30%，測試12h與12D電壓OCV1與OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作為自放電測試檢測標(biāo)準(zhǔn)。電池測試完成后將電池調(diào)整至滿電荷電狀態(tài)，按照標(biāo)準(zhǔn)常溫滿電28D擱置，使用荷電保

持率方法測試荷電保持率數(shù)據(jù)（見表3）。

表3　荷電態(tài)30%自放電測試滿電驗(yàn)證

2.2實(shí)驗(yàn)討論

經(jīng)過滿電28D荷電保持率自放電驗(yàn)證，荷電狀態(tài)5%的電池，K值作為自放電測試檢測標(biāo)準(zhǔn)，測試時(shí)間2d即可將自放電大電池挑選出，K值標(biāo)準(zhǔn)大于5mV電池為對(duì)應(yīng)滿電荷電保持率小，即自放電大電池。荷電狀態(tài)15%的電池，測試時(shí)間需要12D將自放電大電池挑選出，K值大于10mV電池為對(duì)應(yīng)滿電荷電保持率小，即自放電大電池，該工藝測試時(shí)間長生產(chǎn)周期長不適合生產(chǎn)使用。荷電狀態(tài)30%的電池，測試時(shí)間12D，通過自放電測試K值仍無法將自放電大電池挑選出。

3　結(jié)論

該文研究了一種鋰電池快速自放電檢測工藝，通過大量自放電試驗(yàn)驗(yàn)證，電池在低荷電狀態(tài)時(shí)，自放電率相對(duì)較高，可對(duì)電池自放電一致性進(jìn)行快速判斷，磷酸鐵鋰電池自放電性能，并進(jìn)行電池分選，保證電池性能的一致性。

［1］秦覃.鋰電池自放電率檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2009.

［2］簡旭宇，吳伯榮，朱磊，等.氫鎳動(dòng)力電池自放電一致性研究［J］.電源技術(shù)，2007（6）：491-493.

［3］宋清山，陸躍洲.鎘鎳電池組自放電檢測方法［J］.電源技術(shù)，2001（5）：148-149.

［4］劉學(xué)省，史鵬飛，呂軍，等.MH-Ni蓄電池自放電規(guī)律及其應(yīng)用［J］.電源技術(shù)，2006（3）：193-195，216.

Self-discharge Measuring Technology Research for LiFePO4Battery

Xu WenjuanZhang YanLiu LuluLi Yan
（China Aviation Lithium Battery Co.Ltd.，Luoyang Henan 471003）

Self-discharge is an important characteristies guideline for lithium battery.Through the research of the lithium battery's open circuit voltage and capacity of under different state of charge，at different times in different state of charge voltage test，a rapid detection technology of lithium battery self discharge was studied，it could determine self-discharge characteristics of LiFePO4battery by this simple and fast way.

LiFePO4battery；self-discharge；measuring technology

TM912

A

1003-5168（2016）04-0129-03

2016-03-10

徐文娟（1978-），女，助理工程師，研究方向：電池生產(chǎn)工藝。