鋰電知識必備（7）——充放電測試技術(shù)

這是該鋰電知識必備系列文章的第7篇，希望大家可以持續(xù)關(guān)注。

鋰電池充放電測試是最能直觀判斷電池性能的方法，其測試結(jié)果決定著電池是否可以應(yīng)用，或是否需要改進(jìn)，或可以應(yīng)用在何種領(lǐng)域。

循環(huán)測試

通過充放電循環(huán)測試可以直觀觀測到鋰電池充放電容量、庫侖效率等隨充放電循環(huán)的變化情況。數(shù)據(jù)分析后可對鋰電池的循環(huán)性能做出分析判斷，包括電池的循環(huán)壽命，是否有容量跳水等。

充放電測試流程（示例）將被測試電池置于恒溫環(huán)境中，程序設(shè)置靜置10 min，以2 C電流充電至4.25 V（以電池實(shí)際上限電壓為準(zhǔn)）；然后恒壓充電至電流下降至0.05 C，跳轉(zhuǎn)至下一步，靜置10 min；然后以2 C電流放電至2.8 V（以電池實(shí)際下限電壓為準(zhǔn)）。以上步驟按照需求重復(fù)（對于長壽命電池可能需測試上千次）。一般來說，充放電循環(huán)測試周期較長，期間要經(jīng)常關(guān)注容量等的變化趨勢，可及時對電池性能做出判斷。

圖片來源胡漢斌博士論文

由上圖可知，作者對不同鋰電負(fù)極材料組裝的電池進(jìn)行了3000個循環(huán)的充放電循環(huán)，電流密度為5 A/g。

圖片來源胡漢斌博士論文

此外，可以將不同階段循環(huán)過程的充放電曲線繪制出來，圖中為電壓/比容量曲線。上圖中作者只是提取了前兩個循環(huán)和最后兩個循環(huán)（也可以根據(jù)需要提取1、100、500、1000等次數(shù)的數(shù)據(jù)作圖）。其中，最初的不可逆容量主要是SEI膜的形成和電極與電解液之間發(fā)生的不可逆副反應(yīng)造成的。

倍率性能測試

充放電倍率測試方法可參考上述循環(huán)測試（唯一不同的是需要將電流設(shè)置成不同大小且循環(huán)次數(shù)較少，一般一個電流密度下循環(huán)10次左右）。該方法可以得出鋰電池不同充放電電流密度下的性能表現(xiàn)，進(jìn)而分析得出所測電池是否適合不同的充放電電流密度（尤其是大倍率充放電，大倍率下容量是否達(dá)標(biāo)，是否出現(xiàn)短路等）。

圖片來源朱美杰碩士論文

由上圖可知，作者在5個不同電流密度下對電池進(jìn)行了充放電，最后回到初始的最小電流0.2 C（為了得出電池在大倍率循環(huán)后是否發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化等不可逆因素而導(dǎo)致電池失效）。

脈沖充電

這里沒有提到放電，這是因?yàn)?/span>脈沖在實(shí)際應(yīng)用中一般只是應(yīng)用在充電過程中，尤其是快充領(lǐng)域。脈沖充電過程一般在恒流充電階段之后。脈沖充電是通過調(diào)整脈沖幅值和脈沖占空比來控制電池的充入電量和間歇時間，進(jìn)而有效消除極化的一種充電策略。脈沖充電又分為正脈沖充電與帶負(fù)脈沖充電。

圖片來源何秋生《電源技術(shù)》

當(dāng)電池電壓上升到上限截止電壓（4.25 V）后再進(jìn)行脈沖充電用1C的脈沖電流間歇地對電池充電。脈沖充電時電池電壓不斷升高，充電停止后電壓慢慢降低。當(dāng)電池電壓降低到上限截止電壓（4.25 V）后，以同樣的電流值對電池再次充電，直到電池電量充滿為止。

與常規(guī)的恒流恒壓充電方法相比，脈沖充電能以較大的電流充電，當(dāng)無電流通過時，濃差極化和歐姆極化會被消除。脈沖充電速度快、溫度變化小、對電池壽命影響較小。因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)在的電源適配器中。

圖片來源廖嚴(yán)文鑫《電源技術(shù)》

此外，還有多種充放電技術(shù)（其實(shí)是充電技術(shù)），這里不再一一介紹。比如間歇充電法（包括變電流和變電壓）、Reflex充電法、智能充電法（可參考文獻(xiàn)何秋生-鋰電池充電技術(shù)綜述）。當(dāng)然，還有無線充電技術(shù)，之后有機(jī)會再詳細(xì)介紹。