锂离子电池容量损失检测技术研究

张岩

摘 要：电池生产过程中，因为材料体系及加工工艺的原因，电池会存在不同程度的容量损失，容量损失较大的电池不仅影响正常使用而且会影响整个电池模块的安全性能。该文研究了一种快速磷酸铁锂电池容量损失检测工艺。通过研究锂电池不同荷电状态与开路电压的对应关系，容量损失与电压降的关系，不同荷电状态下不同时间电压降测试，研究了一种锂电池容量损失检测工艺，可通过简单快速的方法将容量损失较大的电池剔除，确保了电池的安全性。

关键词：磷酸铁锂电池 容量损失 检测技术

中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（b）-0018-03

锂离子动力电池在存储过程中会造成容量损失，容量损失又分为不可逆容量损失和可逆容量损失两部分。其中，不可逆容量损失是指在存储过程后重新测试容量值，无法恢复至原始容量的部分，一般情况下，该部分容量损失主要受电池正负极材料、配方、电解液性能、存储条件等因素影响；可逆容量损失是指在存储过程后重新测试容量值，能够恢复容量的部分，一般情况下，该部分容量损失主要受制造工艺、生产设备、金属屑、毛刺粉尘、隔膜性能等因素影响，如图1所示。

可逆容量损失是衡量磷酸铁锂电池自放电大小的一项重要性能指标，如果电池可逆容量较大，则电池内部潜在微短路风险，直接影响电池的安全性能。

目前比较准确的测量方法是：将电池充满电至100%Soc，在（25±3）℃环境下搁置28 d，然后测量电池的剩余电量，计算可逆容量损失数据的方法来评估电池自放电的大小。该检测方法需很长的时间，相对于研究电池性能是比较实际和准确的方法，但在正常生产过程中，由于测试时间过长，并且占用大量的生产场地，直接影响到生产和交货，严重影响电池企业的经济效益。

该文研究了一种快速磷酸铁锂电池容量损失检测工艺。通过在不同荷电状态下不同时间电压损失测试，根据容量损失特性，可简单、快速、准确的判断磷酸铁锂电池自放电性能，将可逆容量损失较大的电池剔除，确保了电池的安全性。

1 实验

1.1 原理研究

由于锂电池可逆容量测试是在开路状态下测试的，因此需要研究磷酸铁锂锂电池荷电状态（Soc）与开路电压（Ocv）的特性，发现电池0%～30%Soc区间，电池开路电压Ocv变化较大，30%～100%Soc区间，电池开路电压Ocv变化较小，荷电状态与开路电压关系图如图2所示。

1.2 实验方法

1.2.1 荷电状态确定

对Soc-Ocv关系图进行分析，发现Soc与Ocv并非毫无对应关系，在某个区间段内，存在线性关系，如图3所示，因此对不同的区间分别进行分析。

通过图3可以看出，在2%～8%Soc区间内，29 mAh的容量损失对应电压降1 mV，在10%～25%Soc区间内，212 mAh的容量损失对应电压降1 mV。在2%～8%Soc区间内，较小的容量损失就可以用电压降表示出来。如表1所示。

1.2.2 Ocv1测试确定

电池在充电时，由于极化的原因，会偏离平衡电动势，充电截止时，电压会以e的指数衰减至该Soc下的平衡电动势。

选取L135F型号锂电池，电池分容后采用去极化和正常测试流程两种工步，将电池荷电状态调整至6%Soc，每隔10 min采集一次电池开路电压数据，连续采集48 h。通过数据可以明显看出，去极化后的电池能够很快达到稳定状态，如图4所示，一般选取11～13 h测试Ocv1。

1.2.3 静置时间（△T）预测

将电池去极化后，用0.1C将电池荷电状态调整至6%，在 （25±3）℃环境下，其中以0.5D测试的电压作为Ocv1，分别测试 3D、4D、8D與28D的开路电压。计算对比每组试验电池测试电压差值与存储28D容量损失。

如图5所示，28D的容量损失与28D的电压降有很明显的线性关系。如图6所示，电池在6%荷电状态下，以28D的电压降为基准，试验证明4D内的电池开路电压降就可以区分出电池容量损失的大小，挑选出异常电池，更加符合现场生产的工艺执行。

2 实验验证

采用L135F型号电池，取10支电池，使用0.3C电池循环3次使电池体系稳定后，去极化工步，用0.1C电流将电池荷电状态调整至6%或15%，测试0.5D时的电压Ocv1，4D时的电压Ocv2，8D时的电压Ocv3，K0等于Ocv1减去Ocv2，K1等于Ocv1减去Ocv3，K值作为容量损失检测的判定标准。电池检测结束后将电池调整至满电100%Soc荷电状态，按照标准常温满电28D搁置，使用荷电保持率方法测试荷电保持率数据，以此作为判定试验方法准确与否的标准。

经过满电28D容量损失率验证，荷电状态6%的电池，K值作为检测标准，时间4 d即可将容量损失率较高电池挑选出，K值大于10 mV作为电池挑选标准。

经过满电28D容量损失率验证，荷电状态15%的电池，时间4天无法将异常电池挑选出，8D的测试时间可以将容量损失率较高电池挑出，K值大于8 mV作为电池挑选标准。

3 结语

该文研究了一种锂电池快速容量损失检测工艺，通过大量的数据测试及效果验证，试验证明电池在较低荷电状态时，测试准确率相对较高，而且测试周期较短，适合生产过程推广应用。出厂前通过该检测工艺，将潜在安全隐患的电池剔除，保证了电池的安全使用。

参考文献

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