關于鋰電池自放電問題解析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-09 20:26
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1 影響自放電率的先天因素
開路放置的電池為什么會損失電荷？先天的影響主要來自于電池內部電化學材料損失和電芯內部短路。電芯材料的損失為不可逆反應，造成電芯容量的損失，損失的多少，是容量恢復性能的體現(xiàn)；短路造成的電量損失，消耗了當前電量，容量不受這部分反應的影響。
容量損失帶來的電量損失（不可逆）與單純的電量損失（可逆）的和，是自放電量。
1.1 電化學材料的副反應
材料副反應主要發(fā)生在三個部分，正極材料、負極材料和電解液。
正極材料，主要是各類鋰的化合物，其始終與電解液存在著微量的反應，環(huán)境條件不同，反應的激烈程度也不同。正極材料與電解液反應生成不溶產(chǎn)物，使得反應不可逆。參與反應的正極材料，失去了原來的結構，電池失去相應電量和永久容量。
負極材料，石墨負極原本就具備與電解液反應的能力，在化成過程中，反應產(chǎn)物SEI膜附著在電極表面，才使得電極與電解液停止了激烈的反應。但透過SEI膜的缺陷，這個反應也一直在少量進行。電解液與負極的反應，同時消耗電解液中的鋰離子和負極材料。反應帶來電量損失的同時，也帶來電池最大可用容量的損失。
電解液，電解液除了與正負極反應，還與自身材質中的雜質反應，與正負極材料中的雜質反應，這些反應均會生成不可逆的產(chǎn)物，使得鋰離子總量減少，也是電池最大可用容量損失的原因。
1.2 內部短路
電池在生產(chǎn)制造過程中，不可避免的混入一些灰塵雜質，這些雜質屬性復雜，有些雜質可以造成正負極的輕微導通，使得電荷中和，電量受損。
集流體的尺寸偏差和加工毛刺，也可能導通正負極。在電芯生命初期，只表現(xiàn)為自放電較高，而時間越長，其造成正負極大規(guī)模短路的可能性越大，是電池熱失控的一個重要成因。
1.3 隔膜缺陷
隔膜本來的功能是隔離正負極，使得只有鋰離子通過而電子無法通過。如果隔膜質量出現(xiàn)問題，屏障的作用不能正常發(fā)揮。一點微小的缺陷，也會對自放電率產(chǎn)生明顯的影響。
2 影響自放電率的后天因素
不同的使用環(huán)境，應用狀態(tài)以及生命階段，電池的自放電率也會有所不同。
2.1 溫度
環(huán)境溫度越高，電化學材料的活性越高，前文匯總提及的正極材料、負極材料、電解液等參與的副的反應會更激烈，在相同的時間段內，造成更多的容量損失。
2.2 外部短路
開路放置的電池，其外部短路主要受到空氣污染程度和空氣濕度的影響。正規(guī)的電池自放電特性測試實驗，都會嚴格要求實驗室環(huán)境以及濕度范圍，就是這個原因。高的空氣濕度會導致導電率上升。而空氣污染主要指，污染物中可能含有導電性顆粒，空氣的導電率會因此上升。
2.3 荷電量
研究人員專門對比過荷電量對自放電率的影響，總體趨勢是，荷電量越高，自放電率越高。最基本的理解，荷電量越高，表示正極電勢越高，負極電勢相對越低。這樣正極氧化性越強，負極還原性越強，副反應就越激烈。
2.4 時間
在同樣電量和容量的損失效率下，時間越長，損失的電量和容量也就越多。但自放電性能一般是用作不同電芯進行比較的指標，都會比“自放電率”，也就是相同前提條件，相同時間下，進行比較，所以時間的作用只能說是影響“自放電量”。
2.5 SEI膜的老化
隨著電池循環(huán)使用的不斷增加，SEI膜的均勻性和致密性都會有所改變。逐漸老化的SEI膜對負極的保護逐漸出現(xiàn)漏洞，使得負極與電解液的接觸越來越多，副反應增加。出于相同的原因，不同質量的SEI膜，在電池生命初期也會帶來不同的自放電率。
因此，把自放電率作為SEI膜質量的一個表征，常常在生產(chǎn)中應用；而改善自放電率的手段之一，就是增加添加劑，提高SEI膜質量。
鋰電池測試設備
3 測試
3.1 測試自放電率的目的
自放電率的測試，有多種用途。
一種是把電池的自放電率作為電池質量的檢驗檢測指標，用在國標行標里，橫向比較不同廠家的產(chǎn)品水平，把關行業(yè)質量；
另外一種，用于電芯分選配組。電芯的一致性是成組后電池包質量的重要參數(shù)，人們研究了各種方法對電芯進行分組，期望得到盡可能一致的電芯用在同一個電池包里。自放電率，就是靜態(tài)篩選的常用指標之一
還有一種，作為產(chǎn)品質量把關的一個方法，同一個批次的電芯，如果某些電芯存在自放電率過高現(xiàn)象，說明其自身質量存在缺陷，必須挑選出來，單獨處置。
最后一種，把自放電率作為衡量電芯老化程度的指標，用于評估電池的健康狀態(tài)。
3.2 測試方法
自放電率的常用測試方法，就是按照定義的說法，分別測量擱置前后的電池電量，得到一個比值，作為自放電率。這種方法，耗時長，成本高，往往用在少數(shù)場合，比如產(chǎn)品認證檢測，產(chǎn)品抽樣檢查等。
在一般的生產(chǎn)過程中，人們會尋找相應的替代方案。研究人員發(fā)現(xiàn)，電池在較低的荷電狀態(tài)下，開路電壓與荷電量的曲線圖上，低電量時曲線斜率比較大，較小的電量下降就會產(chǎn)生較大的電壓下降。如下圖所示，橫軸為荷電量，縱軸為開路電壓?？梢钥吹?，電量小于10%的階段，曲線非常陡峭。
