二次電池都存在自放電現(xiàn)象,且自放電率相對較低。
二次電池又稱充電電池或蓄電池,是指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質激活而繼續(xù)使用的電池。
電池的自放電又稱荷電保持能力,是指在開路狀態(tài)下,電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。
二次電池的自放電要遠大于一次電池,且大電流放電性能也比一次電池強。不過在小電流、間歇性放電的條件下,二次電池的質量比容量卻小于一次電池。
從結構上來講,二次電池在放電時電極體積和結構之間會發(fā)生可逆變化,而一次電池內部則比較簡單,不需要調節(jié)可逆性變化。
一
一般而言,電池儲存溫度越低,自放電率也會越低,但溫度過低或者過高,也都有可能會造成電池損壞,而無法使用,BYD常規(guī)電池要求儲存溫度范圍為-20~45。
如此一來,測試電池自放電率,就顯得尤為重要了。那么,又該如何測試電池的自放電率呢?
測試電池自放電率最常用的方法,便是分別測量擱置前后的電池電量,從而得到一個比值,作為自放電率。不過,這種方法耗時長,成本高,所以往往只用在少數場合,比如產品認證檢測,產品抽樣檢查等。
實驗論證表明,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生較大的電壓下降,如圖所示。
從電池質量來講,將電池自放電率用作電池質量檢測指標,用在行業(yè)標準與國家標準里,可以橫向比較不同廠家的產品制造水平,對產品質量進行把關。
比如,在同一批次電池電芯里,如果有些電芯存在自放電率過高現(xiàn)象,說明產品自身質量存在缺陷,工作人員便可挑選出來,重新再做處理。
從電池電芯分選配組來講,電芯的一致性是電池包質量的重要參數,工作人員在研究各種方法對電芯進行進行分組,都希望得到一致的電芯,然后用在同一個電池包里。而電池的自放電率,正是靜態(tài)篩選的常用指標之一。
二
在某種狀態(tài)下,由于某種因素的影響,電池會損失電荷,從而電池也就沒了保持能力。
這些因素包括荷電量、SEI膜的老化、時間、電池外部短路、溫度、電池開路放置、電化學材料副反應、電池隔膜缺陷、電池內部短路等。
在不同的使用環(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。
隨著電池循環(huán)使用的不斷增加,SEI膜的均勻性和致密性也會有所改變。逐漸老化的SEI膜對負極的保護也就會逐漸出現(xiàn)漏洞,使得負極與電解液的接觸越來越多。所以,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。
電池隔膜的功能是隔離電池正負極,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,也會對自放電率造成明顯的影響。
研究表明,荷電量越高,電池的自放電率就會越高。由此得出,荷電量越高,則表示正極電勢越高,負極電勢就相對越低。所以,電池正極氧化性越強,負極的還原性就會越強,副反應也就越激烈。
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。不過,電池自放電性能一般是用于不同電芯進行比較的指標,在相同前提條件、相同時間下進行比較。
開路放置的電池,外部短路主要受到空氣污染程度和空氣濕度的影響。所以,正規(guī)的電池自放電特性測試實驗,都會嚴格要求實驗室的環(huán)境,以及濕度范圍。
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)。電池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。
電池材料副反應主要發(fā)生在三個部分,即正極材料、負極材料和電解液。
電池正極材料主要是各類鋰的化合物,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,電池也就失去了相應的電量和容量。
電池負極材料具備與電解液反應的能力,在化成過程中,反應產物SEI膜附著在電極表面,使得電極與電解液停止了激烈的反應。不過,透過SEI膜的缺陷,此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。
電解液除了與正負極反應,與自身材質中的雜質也反應。與正負極材料中的雜質反應,會生成不可逆的產物,使得鋰離子總量減少,此為電池最大可用容量損失的原因。
一般來講,環(huán)境溫度越高,電化學材料的活性就越高,電池正極材料、負極材料、電解液等反應也就會越激烈,在相同的時間段內,造成的容量損失就會越多。
總而言之,言而總之,電池制造工序,一定要做好自放電率測試。
原標題:電池自放電率的測試