鋰電池性能測(cè)試簡介

1、鋰電池性能測(cè)試簡介鋰離于電池具備如下幾個(gè)特性 高能量密度、高操作電壓*高 輸出功率、快速充電及低公害。所以雖然在單位能量價(jià)格上比起其它 電池仍然偏高 但仍為近年來各種先進(jìn)電池巾最被重視的商品化電 池。所以在此以介紹鋰離子電池為主。1、極板性能測(cè)試鋰離子電池一般是由正極含鋰氧化物與負(fù)極碳材搭配組成。 在組 裝一批新電池前正、負(fù)極材料將會(huì)被個(gè)別的制作 Coin Cell半電池如 LiMn2O4/Li半電池，藉此來測(cè)試單位電容量及充放電特性。 藉由定電 位儀所測(cè)得的電容量C-電壓V變化關(guān)系?？蓮腃-V曲線的最佳電 位區(qū)間來決定充電截止電壓與放電截止電壓，再以實(shí)際活化物總量換 算理論電容量，并估算充放

2、電電流值。1、定電流定電壓充電充電開始：以一定電流進(jìn)行充電，待電池充電電壓達(dá)設(shè)定值時(shí)再 以設(shè)定電壓值進(jìn)行充電之方式。當(dāng)鋰離子電池于不當(dāng)?shù)碾妷撼潆姇r(shí)極 易影響到循環(huán)壽命甚至將使電解液分解而產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此不能使用像鎳鎘、鎳氫電池所通用的定電流充電法，以避免上述的問題。鋰離子 電池較宜使用 定電壓充電法，但必須有精確充電截止電壓 位準(zhǔn)控制， 否則仍會(huì)有充電不足或循環(huán)壽命降低的問題。 準(zhǔn)定電壓式充電就是一 例。定電流定電壓充電法 CC-CV既有CC充電的速率（1.0C充電 0.5hr即可達(dá)充電截止電壓）又有CV的精準(zhǔn)。2. C-V曲線C-V曲線是描充電池在充電、放電過程中電壓及電容量間的關(guān)系。 充電曲

3、線能讓工程師了解如何設(shè)計(jì)電池充電器 ，而放電曲線能使工程 師在設(shè)計(jì)電路時(shí)正確的掌握電池的特性。例如最佳的工作電壓、不同 溫度C-rate下的電池電容量。我們也可從電池目前的電壓對(duì)照 C-V曲線：以斜率大小負(fù)值概略估算電池的殘存容量（Residual Capacity）。因此C-V曲線是了解電池的重要工具2、分電池（Cell）性能測(cè)試已組裝之分電池，俗稱單位電池（以下簡稱電池）。在組裝后靜置8-12小時(shí)后為讓電解液充份浸潤極板，即依下列 程序進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。3、測(cè)量電池內(nèi)部阻抗電池上架化成（俗稱活化）之前及下架后皆經(jīng)測(cè)量電池阻抗值。 待測(cè)試后此數(shù)據(jù)合并電池電容量值以為電池組分級(jí)選之用。一般狀況下，

4、電池阻抗愈低，電池性能愈好，整體表現(xiàn)也愈佳。2.電池化成（活化Formation）鋰離子電池的化成：除了是使電池作用物質(zhì)藉第一次充電轉(zhuǎn)成正 常電化學(xué)作川外也.是加負(fù)極極板仝成飩化膜的重愛卅序一般和信 鈍化膜亦鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)中 對(duì)于電池的穩(wěn)定扮演著相當(dāng) 貶耍的用色°也閔此 各電池制造商除將材料及制程列為機(jī)密外化成 條件也被列為該公司電池制造的重要機(jī)密。相同于極板測(cè)試：將電池實(shí)際活化物總量換算理論電容量， 以低C-rate作為充電電流值。以定額電流將電池在 N小時(shí)內(nèi)做完個(gè)放電 荻得在此電流下 之N小時(shí)率容量Cn。因此充、放電電流可以C-rate即Cn的系數(shù)來表 示其大小，關(guān)系如下

5、式：I=M* C nI :充、放電電流大小(mA)M :倍率 C-rate(hF)Cn: N小時(shí)內(nèi)完全放電的額定電容量(mAhr)例如：電池之5小時(shí)率容量C5=300mAhr，則C-rate為0.5之充、 放電電流大小將是：I=M* C 5=(0.5 hr-1)*(300mAhr)=150mA電池化成過程中會(huì)有大量的能量耗損，最可能是用于鈍化膜的形成。3. 電池電容量測(cè)試一般電池電容雖測(cè)試是選取化成后電池一一組 每組3至5顆 再依下列步驟進(jìn)行充放電。充放電過程以10分鐘為，個(gè)収樣牟位記錄每一電池的電池電壓、充放電流 另外對(duì)充、放電容量采取積分 記錄。電池化成后 最初的幾次充放電會(huì)兇為電池的不可

6、逆反應(yīng) 使 得電池的放電電容量在初期會(huì)有減少的情形。電池的放電電容量自 0.753mA向下減少。待電池電化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)出.丿匸 電池容容宣即總半穩(wěn)“ 因此有些化成程序亦包含了數(shù)十次的充放電循環(huán)以達(dá)到穩(wěn)定電池的 目的。不同C-rate的放電會(huì)影響到放電容量。4. 循環(huán)壽命測(cè)試選取化成后電池一-組 鈿組3到5顆 依下列步驟充放電允 放電過程以20分鐘為個(gè)収祥單位 記錄每-吐池的電池電爪、充 放電流另外對(duì)充*放也容量采取積分記錄。丁測(cè)試結(jié)束后 將各電池之放電電容量除以標(biāo)稱電容量。由測(cè)試 結(jié)爪可即知 不同C-rate放電會(huì)影響到電池的循環(huán)壽命。5自放電率測(cè)試選取化成后電池匹組 每組2到3煩 并依下列步躱處

7、電每 隔7 H敗電一組 如下列步驟放電 記呆半均每一電池的電池汗汗、 充放電流另外下放電容量采取積分記錄。于第28 H完成口放電率測(cè)試 出綣UM看川鋰肉叫池的口放 電率每月不超過5%。6.溫度測(cè)試一般湍.度測(cè)試是選取化成后電池九組 御組2到3顆 亦不同 溫度下依序完下列步驟充放電。充放電過程以 20分鐘為一個(gè)取樣單 位 記錄每一電池的電池電丿土、充放電電池 另外對(duì)充放電容量采 取積分記錄。電能的儲(chǔ)存與釋放是由電化學(xué)的反應(yīng)而來 溫度高低會(huì)直接影 響化學(xué)反應(yīng)速率 尤共在低溫及高溫下特別明顯一般來說-20° C0° C較不適合屯池反應(yīng)在-10° C環(huán)境下充放電便得電池的

8、妝電電容.雖比窣湍下減少 將近25“ 高溫卜也沒仔附顯變化 但怪期卜來將會(huì)影響到電池循壞壽命。倒是建議可在溫度測(cè)試時(shí) 一并加入不同溫度下的口放電率 看看會(huì)不會(huì)有明顯的差異。7.性能測(cè)試之安全注意事項(xiàng)研發(fā)單位或?qū)W術(shù)研究所使用的業(yè)充放電機(jī)具應(yīng)該具個(gè)電池 安全限制的設(shè)定功能。例如超過電壓、電流、溫度的安全設(shè)定范圍時(shí) 充放電機(jī)應(yīng)該停止作業(yè)。此目的可有效防止因人為過失、 程序設(shè)計(jì)失 當(dāng)或電池瑕疵所產(chǎn)生的危害。如眾所知，鋰離子電池因不當(dāng)?shù)倪^充或 過放 皆會(huì)造池或是設(shè)備的傷害、甚至人員遭受損傷円輕者電池功能 喪失稍重者超出壓力閥限制使敬害氣體及電解液外漏如為電池 瑕疵甚至有可能燃燒起火乂如逆充電 極性接反 將破壞電池化學(xué) 性能而喪失機(jī)能。兇此安全限制定更詳杳再匚而電池上架也應(yīng)該謹(jǐn) 慎。一般電池測(cè)試作業(yè)尤其是電池循環(huán)壽命測(cè)試動(dòng)輒數(shù)周或數(shù)JL囚此應(yīng)該有定期的 檢杳作業(yè)來稍核如工業(yè)安全衛(wèi)生自動(dòng)檢査作業(yè) 并能詳載記錄 以確保場(chǎng)所安全。結(jié)論電池性能測(cè)試是研發(fā)單位、制造