鋰電池充放電測試是最能直觀判斷電池性能的方法,其測試結果決定著電池是否可以應用,或是否需要改進,或可以應用在何種領域。
循環測試
通過充放電循環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的變化情況。數據分析后可對鋰電池的循環性能做出分析判斷,包括電池的循環壽命,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境中,程序設置:靜置10 min,以2 C電流充電至4.25 V(以電池實際上限電壓為準);然后恒壓充電至電流下降至0.05 C,跳轉至下一步,靜置10 min;然后以2 C電流放電至2.8 V(以電池實際下限電壓為準)。以上步驟按照需求重復(對于長壽命電池可能需測試上千次)。一般來說,充放電循環測試周期較長,期間要經常關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,作者對不同鋰電負極材料組裝的電池進行了3000個循環的充放電循環,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和最后兩個循環(也可以根據需要提取1、100、500、1000等次數的數據作圖)。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生的不可逆副反應造成的。
倍率性能測試
充放電倍率測試方法可參考上述循環測試(唯一不同的是需要將電流設置成不同大小且循環次數較少,一般一個電流密度下循環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,進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標,是否出現短路等)。

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后是否發生了結構變化等不可逆因素而導致電池失效)。
脈沖充電
這里沒有提到放電,這是因為脈沖在實際應用中一般只是應用在充電過程中,尤其是快充領域。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脈沖充電。

圖片來源:何秋生《電源技術》
當電池電壓上升到上限截止電壓(4.25 V)后再進行脈沖充電: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。因此該技術被廣泛應用在現在的電源適配器中。

圖片來源:廖嚴文鑫《電源技術》
此外,還有多種充放電技術(其實是充電技術),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:何秋生-鋰電池充電技術綜述)。當然,還有無線充電技術,之后有機會再詳細介紹。
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