磷酸铁锂电池自放电检测工艺研究

徐文娟　张　岩　刘露露　李　严（中航锂电（洛阳）有限公司，河南　洛阳　471003）



磷酸铁锂电池自放电检测工艺研究

徐文娟张岩刘露露李严
（中航锂电（洛阳）有限公司，河南洛阳471003）

自放电是衡量锂电池的一项重要性能指标，通过对锂电池不同荷电状态下电池容量与开路电压的研究，在不同荷电状态下不同时间电压测试，研究了一种锂电池快速自放电检测工艺，可通过简单快速的方法判断磷酸铁锂电池自放电性能。

磷酸铁锂电池；自放电；检测工艺

自放电是衡量磷酸铁锂电池的一项重要性能指标，自放电又称荷电保持能力，是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力［1］。锂电池自放电程度主要受正极材料、制作工艺、生产设备、电解液的性能、隔膜和储存条件等因素影响［2］。通常情况下，电池存储温度越低，自放电率也越低，但温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用。一般常规电池要求储存温度范围为-20～45℃。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。

目前国际通用的测量方法是：将电池充满电后，在常温状态下搁置28d或在高温状态下搁置7d，然后通过测量电池的剩余电量的方法来评估电池自放电的大小。

传统自放电的测量方法需很长的测试时间，对于科研是比较实际和准确的方法，但其生产时间过长，并且占用大量的流动资金和大面积生产场地，直接影响到生产和交货，造成较大的浪费，严重影响电池企业和科研单位的经济效益［3］。衡量自放电的另一个重要的指标K值=△OCV/△t，K值的计算方法简便、误差小。

本文研究了一种快速磷酸铁锂电池自放电检测工艺。通过对锂电池不同荷电状态下电池容量与开路电压的原理性研究，在不同荷电状态下不同时间电压测试研究，研究了一种锂电池快速自放电检测工艺，通过研究自放电特性，可通过简单快速的方法判断磷酸铁锂电池自放电性能，并进行电池分选，保证电池性能的一致性［4］。

1　实验

1.1原理研究

锂电池不同荷电状态（SOC）对应不同开路电压（OCV），对SOC与OCV关系进行研究分析，发现SOC与OCV存在对应关系，在2%～8%、10%～20%、20%～35% SOC存在拟合线性关系，荷电状态越小对应电压斜率越大，40%～90%SOC对应电压斜率最小，荷电状态与开路电压关系图如图1所示。

1.2实验方法

1.2.1开路电压。电池充电结束后电池压降较快，原因是电池充电过程中的极化，造成充电电压高于电池实际电压，称为超电势，在静置一段时间后电压回归至电池自身电压。

图1　电压曲线图

采用100Ah型号电池，取5支电池，电池分容后使用0.2C充电SOC至5%，连续采集20h内电压。电池在4h内为去极化过程，4～10h电压变化缓慢，10～20h电压趋于稳定，如图2所示。

图2　连续测试电压图

1.2.2荷电状态。采用100Ah型号电池，取90支电池分成3组，每组30支电池，分别叫A组、B组与C组，电池分容结束后，各单体电池之间容量偏差小于等于0.5Ah，使用0.3C电流将电池循环3次，使电池体系稳定。

将A组电池使用0.2C荷电状态调整至5%，B组电池使用0.2C荷电状态调整至15%，C组电池使用0.2C荷电状态调整至30%，分别测试A组、B组和C组充电后12、24、36h以及2、3、4、6、8、12D和28D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。

根据电池测试可选择静置12h采集的电压作为OCV1，分别对比各静置阶段的电压与28D容量损失，各阶段自放电变化趋势基本一致。电池在5%荷电状态下，在2D内就可以区分出电池自放电大小，挑选出自放电大电池，如图3所示，故电池在较小荷电状态下，能更快速区分出电池自放电大小，有利于电池的分选及自放电异常电池的挑选；电池在15%荷电状态下，在较短时间内电压变化较小，电池需要12D时间才能区分出自放电大小电池，挑选出自放电大电池，如图4所示；电池在30%荷电状态下，12D内电池电压变化均在较小范围内，较难区分电池自放电大小，只有较长时间才能区分出自放电大小，如图5所示。

图3　5%荷电电压测试图

图4　15%荷电电压测试图

图5　30%荷电电压测试图

2　实验验证与讨论

2.1实验验证

采用100Ah型号电池，取10支电池，使用A组电池测试方法，0.2C电流将电池荷电状态调整至5%，测试12h与2D电压OCV1与OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作为自放电测试检测标准。电池测试完成后将电池调整至满电荷电状态，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（见表1）。

表1　荷电态5%自放电测试满电验证

同样采用100Ah型号电池，取10支电池，使用B组电池测试方法，0.2C电流将电池荷电状态调整至15%，测试12h与12D电压OCV1与OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作为自放电测试检测标准。电池测试完成后将电池调整至满电荷电状态，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（见表2）。

表2　荷电态15%自放电测试满电验证

同样采用100Ah型号电池，取10支电池，使用C组电池测试方法，0.2C电流将电池荷电状态调整至30%，测试12h与12D电压OCV1与OCV2，K=OCV1-OCV2，K值作为自放电测试检测标准。电池测试完成后将电池调整至满电荷电状态，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（见表3）。

表3　荷电态30%自放电测试满电验证

2.2实验讨论

经过满电28D荷电保持率自放电验证，荷电状态5%的电池，K值作为自放电测试检测标准，测试时间2d即可将自放电大电池挑选出，K值标准大于5mV电池为对应满电荷电保持率小，即自放电大电池。荷电状态15%的电池，测试时间需要12D将自放电大电池挑选出，K值大于10mV电池为对应满电荷电保持率小，即自放电大电池，该工艺测试时间长生产周期长不适合生产使用。荷电状态30%的电池，测试时间12D，通过自放电测试K值仍无法将自放电大电池挑选出。

3　结论

该文研究了一种锂电池快速自放电检测工艺，通过大量自放电试验验证，电池在低荷电状态时，自放电率相对较高，可对电池自放电一致性进行快速判断，磷酸铁锂电池自放电性能，并进行电池分选，保证电池性能的一致性。

［1］秦覃.锂电池自放电率检测系统设计与实现［D］.苏州：苏州大学，2009.

［2］简旭宇，吴伯荣，朱磊，等.氢镍动力电池自放电一致性研究［J］.电源技术，2007（6）：491-493.

［3］宋清山，陆跃洲.镉镍电池组自放电检测方法［J］.电源技术，2001（5）：148-149.

［4］刘学省，史鹏飞，吕军，等.MH-Ni蓄电池自放电规律及其应用［J］.电源技术，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，助理工程师，研究方向：电池生产工艺。