充電鋰電池自放電諧振係數及測量方法

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本文闡述了正極材料、負極材料、電解液、儲存環境對鋰離子電池自放電率的影響。 同時介紹了目前常用的傳統鋰離子電池自放電率測量方法和新型自放電率快速測量方法。 來自國軒高科工程師，歡迎大家分享！鋰離子電池的自放電反應是無法預防的，但存在不僅電池本身性能的降低，而且嚴重影響電池的壽命或循環壽命。

鋰離子電池的自放電率一般為每月2%~5%，完全可以滿足單體電池的要求。 但是，單體鋰離子電池一旦組裝成模組後，由於各個單體鋰離子電池的特性，導致各個單體鋰離子電池在每次充放電之後，其端部電壓不可能完全一致，這樣就會出現鋰離子電池模組中出現單體電池缺失的情況，單體鋰離子電池的性能就會下降。 隨著充放電次數的增加，劣化程度會進一步加劇，循環壽命較未配對的單體電池急遽下降。

因此，深入研究鋰離子電池的自放電率是電池生產的迫切需求。 一、自放電因素電池自放電現像是指電池在循環使用過程中，自行損失容量的現象，又稱為可充電容量。 自放電一般可分為可逆自放電和不可逆自放電兩種。

損失的容量可以可逆地補償可逆自放電，其原理類似於電池的正常放電反應。 損失的容量不能得到補償自放電而變成不可逆的自放電，重要原因是電池內部發生了反應，包括正極與電解液的反應，電解質中的電解質自生引起的反應，以及製造時由於雜質引起的微短路而引起的不可逆反應。 自放電的影響因素如下。

1.正極材料的影響很重要的一點是正極材料中的過渡金屬及雜質在放電短時間內在負極內析出，從而新從鋰離子電池中排出。 Yah-Meiteng 等人 研究了兩種LIFEPO4正極材料的物理和電化學性能。

研究發現，原料中鐵雜質含量過高以及充放電過程引起自放電率偏高，其原因是鐵在負極處逐漸還原，刺穿隔膜，造成電池內短路，從而造成自放電率較高。 2由於負極材料與電解液之間發生不可逆反應，因此負極材料對自放電的影響很重要。 早在 2003 年，Aurbach 等人。

提出將電解質還原，釋放出氣體，使石墨部分錶面暴露在電解質中。 在充放電過程中，鋰離子固有，石墨層狀結構容易被破壞，導致自放電率較大。 ③電解質的影響：電解質的腐蝕或負極表面的雜質；將電極材料溶解在電解質中；電極被電解液溶解，被不溶性固體或氣體溶解，形成鈍化層等。

目前有大量科學研究工作者致力於開發新的添加劑來抑制電解液對自放電的影響。 俊劉等人 電池電解液中添加MCN111添加劑後發現，電池的高溫循環性能得到改善，且自放電率普遍降低。

原因是這些添加劑可以改善SEI膜，保護電池負極。 4 儲存狀態儲存狀態一般影響因素有儲存溫度和電池SOC。 一般來說，溫度越高，SOC越高，電池的自放電越大。

TAKASHI 等人 可對重置條件下的磷酸離子電池進行實驗。 結果顯示:隨著電池擱置時間的延長,容量保持率逐漸下降,而電池的容量保持率逐漸升高。

劉雲建等人採用的是商用錳酸鋰供電的鋰電池。 發現正極相對電位越來越高。 負極相對電位越來越低，其還原性也越來越強，均能加速MN的析出，導致自放電率增加。

5其他因素影響電池自放電率的因素，除了上面介紹的幾種外，還有以下幾個方面：在生產過程中，極柱切割時產生的毛刺，生產環境引入電池內。 雜質，如灰塵、極板上的金屬粉末等，這些都可能造成電池內部微短路；當外部環境潮濕、外線絕緣不完整、電池外殼不良，導致外部電子電路形成，造成自放電；在長期儲存過程中，電極材料活性物質與集流體的黏結力降低，導致容量下降，同時自放電增加。

上述每個因素或多個因素的組合都可能引起鋰離子電池的自放電行為，這種行為是很難發現和評估電池儲存性能的。 二、自放電率的測量方法透過上面的分析可以看出，由於鋰離子電池的自放電率一般較低。 自放電率本身受溫度、使用循環次數和SOC的影響，因此要準確測量電池的自放電非常困難且耗時。

1 自放電率傳統測量方法目前，傳統的自放電檢測方法有以下三種：放電來確定電池的容量損失。 自放電率公式為：式中：c為電池的額定容量； C1為放電容量。 開放後即可測得電池的剩餘容量。

此時，電池芯又再次進行一次充電、放電循環運行，確定此時電蒜的滿容量。 此方法可以判定電池是不可逆容量損失還是可逆容量損失。 ●開路電壓衰減率測量方法開路電壓與電池荷電狀態SOC有直接的關係，只要測量一段時間內電池的OCV的變化率即可，方法簡單，只需記錄任意時刻電池的電壓即可。

進一步的，根據電壓與電池SOC的對應關係，可以得到電池的充電狀態。 透過計算電壓衰減的幅度，以及計算單位時間所對應的衰減容量，就可以得到電池的自放電率。 ● 容量保持法測量電池所需的開啟電壓或保存所需的電量，由電池的自放電率決定。

即測量電池開路時的充電電流，電池自放電率可視為測量的充電電流。 2 自放電率快速測量方法由於常規測量方法所需時間較長，自放電率只是電池檢測過程中一種篩選電池的方法。 大量新的、便捷的測量方法的出現，為電池自放電測量節省了大量的時間和精力。

● 數位控制技術 數位控制技術是一種在傳統自放電測量方法基礎上衍生出的新的自放電測量方法。 此方法具有時間短、精度高、精密度高、設備簡單等優點。 ●等效電路等效電路法是一種新的自放電測量方法，它將電池模擬成等效電路，可以快速有效地測量鋰離子電池的自放電率。

三、測定自放電率的意義作為鋰離子電池的重要性能指標，對電池的篩選和定級有著重要的影響，因此鋰離子電池的自放電率測定有著深遠的意義。 1 預測同一個紗錠的同一紗錠的問題，所用材料，用料及生產控制基本上相同。 當個別電池明顯偏大時，原因很可能是由於雜質、毛刺破隔膜。

微短路。 因為微短路對電池的影響是緩慢且不可逆的。 因此此類電池的性能在短時間內與正常電池差異並不大，但隨著內部不可逆反應的逐漸深入，電池的性能將大大低於其出廠性能和其他正常電池的性能。

所以，為了確保出廠電池的質量，必須把自放電大的電池取出。 2.將電池分組，使鋰離子電池一致性更好，包括容量，電壓，內阻，白放電率等。 電池的自放電率對電池組的影響是一個重要的體現。

一旦組裝成模組後，由於每個單體鋰離子電池的自律性，電壓都會有不同程度的下降，在串聯擱置或循環充電過程中，電壓是相等的，因此充電後鋰離子電池模組中可能會出現過充或未充滿的情況，而且隨著充放電次數的增加，性能也會逐漸劣化。 與未配對的單體電池相比的循環壽命。 因此電池組需要對鋰離子電池的自律性進行準確的測量與篩選。

3.電池SOC估算 校正負載也稱為剩餘電量，表示電池在一段時間內使用或長期維持的剩餘容量與其充滿電狀態的比值，是比較常用的。 自放電率對於鋰離子電池SOC估算具有重要的參考價值。 自放電電流之後，SOC起始值的修正，可以提高SOC估計精度。

一方面，顧客可以根據剩餘電量估算產品的使用時間或行駛距離；另一方面，BMS準確的SOC預測可以有效防止電池過充Overlant，延長電池的使用壽命。 .