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锂电知识必备——充放电测试技术

リリース時間: 2022-08-26 プレビュー回数:

锂电池充放电测试是最能直观判断电池性能的方法，其测试结果决定着电池是否可以应用，或是否需要改进，或可以应用在何种领域。

循环测试

通过充放电循环测试可以直观观测到锂电池充放电容量、库仑效率等随充放电循环的变化情况。数据分析后可对锂电池的循环性能做出分析判断，包括电池的循环寿命，是否有容量跳水等。

充放电测试流程（示例）：将被测试电池置于恒温环境中，程序设置：静置10 min，以2 C电流充电至4.25 V（以电池实际上限电压为准）；然后恒压充电至电流下降至0.05 C，跳转至下一步，静置10 min；然后以2 C电流放电至2.8 V（以电池实际下限电压为准）。以上步骤按照需求重复（对于长寿命电池可能需测试上千次）。一般来说，充放电循环测试周期较长，期间要经常关注容量等的变化趋势，可及时对电池性能做出判断。

图片来源：胡汉斌博士论文

由上图可知，作者对不同锂电负极材料组装的电池进行了3000个循环的充放电循环，电流密度为5 A/g。

图片来源：胡汉斌博士论文

此外，可以将不同阶段循环过程的充放电曲线绘制出来，图中为电压/比容量曲线。上图中作者只是提取了前两个循环和最后两个循环（也可以根据需要提取1、100、500、1000等次数的数据作图）。其中，最初的不可逆容量主要是SEI膜的形成和电极与电解液之间发生的不可逆副反应造成的。

倍率性能测试

充放电倍率测试方法可参考上述循环测试（唯一不同的是需要将电流设置成不同大小且循环次数较少，一般一个电流密度下循环10次左右）。该方法可以得出锂电池不同充放电电流密度下的性能表现，进而分析得出所测电池是否适合不同的充放电电流密度（尤其是大倍率充放电，大倍率下容量是否达标，是否出现短路等）。

图片来源：朱美杰硕士论文

由上图可知，作者在5个不同电流密度下对电池进行了充放电，最后回到初始的最小电流0.2 C（为了得出电池在大倍率循环后是否发生了结构变化等不可逆因素而导致电池失效）。

脉冲充电

这里没有提到放电，这是因为脉冲在实际应用中一般只是应用在充电过程中，尤其是快充领域。脉冲充电过程一般在恒流充电阶段之后。脉冲充电是通过调整脉冲幅值和脉冲占空比来控制电池的充入电量和间歇时间，进而有效消除极化的一种充电策略。脉冲充电又分为正脉冲充电与带负脉冲充电。

图片来源：何秋生《电源技术》

当电池电压上升到上限截止电压（4.25 V）后再进行脉冲充电：用1 C的脉冲电流间歇地对电池充电。脉冲充电时电池电压不断升高，充电停止后电压慢慢降低。当电池电压降低到上限截止电压（4.25 V）后，以同样的电流值对电池再次充电，直到电池电量充满为止。

与常规的恒流恒压充电方法相比，脉冲充电能以较大的电流充电，当无电流通过时，浓差极化和欧姆极化会被消除。脉冲充电速度快、温度变化小、对电池寿命影响较小。因此该技术被广泛应用在现在的电源适配器中。

图片来源：廖严文鑫《电源技术》

此外，还有多种充放电技术（其实是充电技术），这里不再一一介绍。比如：间歇充电法（包括变电流和变电压）、Reflex充电法、智能充电法（可参考文献：何秋生-锂电池充电技术综述）。当然，还有无线充电技术，之后有机会再详细介绍。

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