第五講鋰離子電池的性能測試主講：周國華宜春學院在鋰離子電池的的生產過程中,不可避免地會有質量波動。質量波動會導致性能的不一致，應用于同一種電子元件時，有時會產生明顯的不同效果。因此，有必要對鋰離子電池進行分容、出廠檢測。同時鋰離子電池存在一個非常主要的過程：化成。鋰離子電池的化成主要有兩個方面的作用：一、使電池中活性物質借助于第1次充電轉成具有正常電化學作用的物質；二、使電極主要是負極表面生成有效的鈍化膜（SEI膜）。

負極表面的鈍化膜（SEI膜）在鋰離子電池的化學反應中，對于電池的穩定扮演著相當重要的角色。在首次充放電過程中，會有一層鈍化膜在碳負極上生成。這層膜一般稱為鈍化膜或者固體電解質界面膜（SEI）。SEI膜一般由電解質的分解產物構成。

SEI膜對鋰離子是導通的而對電子是絕緣的。完善的SEI膜可以防止溶劑分子的共嵌入和負極材料表面的層狀剝離以及電解質的進一步分解。而且，正極材料表面也可通過陽極氧化形成SEI膜。SEI膜的形成一方面消耗了有限的鋰離子，減小了電池的可逆容量；另一方面，也增加了電極、電解液的界面電阻，使得電極的極化增大，影響電池的大電流放電性能。但是，優良的SEI膜具有機溶劑不溶性，允許鋰離子自由地進出碳負極材料而溶劑分子無法穿越，能夠有效阻止有機電解液和碳負極的進一步反應以及溶劑分子對碳負極材料的破壞，提高了電池的循環效率和可逆容量等特性。早期電池廠的分容方式是單純地按電池放電容量進行分選，但是由于現在越來越多的鋰離子電池串并聯組成電池組使用，因此還必須進行放電曲線匹配分容。擎天電工的分容柜型號839083，該設備提供4種分容方式：①按放電容量的上下限值分容；②按電池放電期間到達某個電壓點時間上下限值分容；③按放電曲線到達5個特征電壓點時間上下限值和放電容量上下限值分容；④按放電曲線到達5個特征電壓點時間上下限值和按電池放電期間到達某個電壓點時間上下限值分容。做好一塊電池得用分容柜測出它的容量，分容柜的工作原理就是利用電池循環的充電放電來得出電池的實際容量。如：規格為1000毫安的電池，如果測出他的容量為1000毫安，就為A品；800毫安左右的為B品；600或以下更低的為C品。分容以后，A品質量最好，價格最貴，C品反之。鋰離子電池的出廠檢驗電池上架化成之前及下架后都需測量電池阻抗值。待測試后，此數據合并電池容量值以供電池分選之用。一般情況下，電池阻抗愈低，電池性能愈好，整體表現愈佳。電池的內阻測量有兩種方式：一種是直流法測內阻；另一種是交流法測內阻。聯想G230G電池現在電池廠多采用交流法測電池內阻，以擎天公司的內阻測試儀BS-VR為例，該測試儀測量電池內阻的原理就是按照國際標準采用(1000±10%)HZ的交流電恒流加在電池兩端得到一個交流電壓值，算出電池的內阻。電壓內阻容量內壓自放電率循環壽命密封性能安全性能儲存性能外觀鋰離子電池的性能除此之外，還有過充、過放、可焊性、耐腐蝕性等鋰離子電池的性能測試可靠性測試

安全性測試

電池容量測試

電壓測試

內阻測試

循環壽命測試

自放電率測試

溫度測試

環境測試

機械測試

熱測試

電測試

鋰離子電池的安全性測試

鋰離子電池的安全性能測試方法主要分成4類：1、電測試：過充、過放、外部短路、強制放電等；2、機械測試：落體、沖擊、針刺、振動、擠壓、加速等；3、熱測試：著火、砂浴、熱板、熱沖擊、油浴等；4、環境測試：降壓、高度、浸泡、耐菌性等。自放電率測試:

選取化成后電池四組（每組2-3只），并依下列步驟充、放電。一般采用24小時自放電來快速測試其荷電保持能力,將電池以0.2C放電至3.0V,恒流恒壓1C充電至4.2V,截止電流:10mA,擱置15分鐘后,以1C放電至3.0V測其放電容量C1,再將電池恒流恒壓1C充電至4.2V,截止電流100mA,擱置24小時后測1C容量C2，C2/C1×100%應大于99%.

內阻測試

電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,一般分為交流內阻和直流內阻,由于充電電池內阻很小,測直流內阻時由于電極容易極化,產生極化內阻,故無法測出其真實值;而測其交流內阻可免除極化內阻的影響,得出真實的內值.

交流內阻測試方法為:利用電池等效于一個有源電阻的特點,給電池一個1000HZ,50mA的恒定電流,對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值.充電態內阻與放電態內阻有何不同

充電態內阻指電池100%充滿電時的內阻,放電態內阻指電池充分放電后的內阻.

一般來說,放電態內阻不太穩定,且偏大;充電態內阻較小,阻值也較為穩定.在電池的使用過程中,只有充電態內阻具有實際意義,在電池使用的后期,由于電解液的枯竭以及內部化學物質活性的降低,電池內阻會有不同程度的升高.循環壽命測試

電池以0.2C放至3.0V/支后,1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流20mA,擱置1小時后,再以0.2C放電至3.0V(一個循環)反復循環500次后容量應在初容量的60%以上.

耐過充測試:

⑴將電池0.2C放電至3.0V

⑵用電流I任意設置10V電壓對電池充電充電時間為T=2.5×C5/I

⑶電池最終不爆炸和起火

標準荷電保持測試:

電池以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,在溫度為20±5℃下儲存28天后,再以0.2C放電至2.75V計算放電容量,再與電池標稱容量相比,應不小于初始容量的85%.什么是電池的內壓,電池正常內壓一般為多少?

電池的內壓是由于充放電過程中產生的氣體所形成的壓力.主要受電池材料、制造工藝、結構、使用方法等因素影響。一般電池內壓均維持在正常水平,在過充或過放情況下,電池內壓有可能會升高:

例如過充電正極產生的氧氣透過隔膜紙與負極復合，如果負極反應的速度低于正極反應的速度,產生的氧氣來不及被消耗掉,就會造成電池內壓升高.

內壓測試

模擬電池在海拔高度為15240m的高空(低氣壓11.6kPa)下,檢驗電池是否漏液或發鼓。

具體步驟:將電池1C充電恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,然后將其放在氣壓為11.6Kpa,溫度為(20±3℃)的低壓箱中儲存6小時,電池不會爆炸,起火,裂口,漏液。

跌落測試

將電池組充滿電后從三個不同方向于1m高處跌落于硬質橡膠板上,每個方向做2次,電池組電性能應正常,外包裝無破損.振動實驗:

電池以0.2C放電至3.0V后1C充電恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,擱置24小時后按下述條件振動:

振幅0.8mm

使電池在10HZ-55HZ之間振動,每分鐘以1HZ的震動速率遞增或遞減.

振動后電池電壓變化應在±0.02V之間,內阻變化在5m以內.

碰撞實驗

電池以0.2C放電至3.0V后在20±5℃下以1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,安裝到碰撞測試臺上按如下條件測試:峰值加速度在100m/S2,脈沖持續時間為16ms,碰撞次數為1000±10,碰撞結束后目測電池外觀應無異常現象,然后以1C恒流放電至2.75V,然后在(20±5℃)的條件下,進行1C充放電循環直至放電容量不少于初始容量的85%,但循環次數不多于3次.

高溫高濕測試

將電池1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,然后放入(40±2℃),相對濕度為90%-95%的恒溫恒濕箱中擱置48h后,將電池取出在(20±5℃)的條件下擱置2h,觀測電池外觀應該無異常現象,再以1C恒流放電到2.75V,然后在(20±5℃)的條件下,進行1C充電,1C放電循環直至放電容量不少于初始容量的85%,但循環次數不多于3次.

溫升實驗

將電池充滿電后放進烘箱,以每分鐘5℃的速度升高烘箱溫度,一直到烘箱溫度達150℃,并將150℃保持10分鐘,電池不應爆炸或起火.

過充測試：

將電池用1C充滿電，按照3C過充10V進行過充試驗，當電池過充時電壓上升到一定電壓時穩定一段時間，接近一定時間時電池電壓快速上升，當上升至一定限度時，電池高帽拉斷，電壓跌至0V，電池沒有起火、爆炸即可。

發生過充時，鋰離子在負極發生沉積，電解液發生分解等。過充后，電池的使用壽命會明顯降低。

短路測試：

將電池充滿電后用電阻不大于50mΩ的導線將電池正負極短路，測試電池的表面溫度變化，電池表面最高溫度為140℃，電池蓋帽拉開，電池不起火、不爆炸。

針刺測試：

將充滿電的電池放在一個平面上，用直徑3mm的鋼針沿徑向將電池刺穿。測試電池不起火不爆炸即可。擠壓測試：將充滿電的電池放在一個平面上，由油壓缸施與13+1KN的擠壓力，由直徑為32mm的鋼棒平面擠壓電池，一旦擠壓壓力到達最大停止擠壓，電池不起火，不爆炸即可。

在擠壓實驗時，隔膜受壓力發生破裂，導致內部短路，產生大電流。

重物撞擊測試：電池充滿電后，放置在一個平面上，將直徑15.8mm的鋼柱垂直置于電池中心，將重量9.1kg的重物從610mm的高度自由落到電池上方的鋼柱上。電池不起火、不爆炸即可。

結束語

近年來，鋰離子電池在便攜式電子產品和通訊工具中得到了廣泛的應用，并且被逐步應用到動力型電源領域。鋰動力電池目前最熱門的應用是電動汽車，許多世界著名汽車廠商都致力于開發純電動汽車及混合動力汽車，而大