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扣式电池的充放电模式包括恒流充电、恒压充电、恒流放电、恒阻放电、混合式充放电以及阶跃式等不同模式充放电。实验室中常采用恒流充电(CC)、恒流-恒压充电(CC-CV)、恒压充电(CV)、恒流放电(DC)对电池充放电行为进行测试分析,而阶跃式充放电模式则多用于直流内阻、极化和扩散阻抗性能的测试。考虑到活性材料的含量以及极片尺寸对测试电流的影响,恒流充电中常以电流密度形式出现,如mA/g(单位活性物质质量的电流)、mA/cm2(单位极片面积的电流)。充放电电流的大小常采用充放电倍率来表示,即:充放电倍率(C)=充放电电流(mA)/额定容量(mA·h),如额定容量为1000 mA·h的电池以500 mA的电流充放电,则充放电倍率为0.5C。目前电动汽车用锂离子电池已发布使用的行业标准QCT/743—2006中指出锂离子通用的充放电电流为C/3,因此含C/3的充放电行为测试也常出现在实验室锂离子电池充放电测试中。
倍率性能测试有3种形式,包括采用相同倍率恒流恒压充电,并以不同倍率恒流放电测试,表征和评估锂离子电池在不同放电倍率时的性能;或者采用相同的倍率进行恒流放电,并以不同倍率恒流充电测试,表征电池在不同倍率下的充电性能;以及充放电采用相同倍率进行充放电测试。常采用的充放电倍率有0.02C,0.05C,0.1C,C/3,0.5C,1 C,2C,3C,5C 和10C 等。
对电池的循环性能进行测试时,主要需确定电池的充放电模式,周期性循环至电池容量下降到某一规定值时(通常为额定容量的80%),电池所经历的充放电次数,或者对比循环相同周次后电池剩余容量,以此表征测试电池循环性能。此外,电池的测试环境对其充放电性能有一定的影响。
下文将详细介绍充放电测试所用的仪器和方法。
1 实验仪器介绍
锂电池的充放电测试一般采用恒流-恒压充电、恒流放电模式,记录该过程中的测试时间、电压和电流等数据,通过分析该过程中数据的变化来表征电池或材料的容量、库仑效率、充放电平台以及电池内部参数变化等电化学性能参数。
现阶段国内外相关单位使用的电池测试系统包括Arbin公司的电池测试系统、新威公司的电池测试系统、蓝电公司的系列电池测试系统以及MACCOR公司的电池测试系统等,见表1。此外拜特电池测试系统和Bitrode电池测试系统则多用于大容量电池、电池组等装置的测试分析。一些电化学工作站也具有扣式锂电池电化学性能测试功能,但由于通道设计、功能设计等原因,多用于电池的循环伏安法测试分析、阻抗测试及短时间的充放电测试,电化学工作站仪器厂家包括Autolab、Solartron、VMP3、Princeton、Zahner(IM6)、上海辰华等。
在实验室锂电池的测试过程中,还经常要用到防爆箱和恒温箱(图1)。实验室用电池防爆箱多用于大容量电池的测试,在研究扣式电池一些特殊性能测试的时候也会用到,如高倍率、高温性能测试等。实验室用恒温箱温控多为25℃,且实际温度与设定温度间的温差精度不超过1℃。在电池的高低温性能测试中,**温度可达到70℃,**温度可达150℃。考虑到宽温度范围的恒温箱价格较贵,且应用较为集中,因此建议多台恒温箱设定不同温度集中测试使用,即同一种验证材料组装多支扣式电池分别测试常温及高低温性能,实验室测试常用温度为25℃、55℃和80℃(图2)。在选择恒温箱时,尽量采用专门用于电池测试的恒温箱,此类恒温箱含有专业的绝缘绝热口用于连接电池测试导线。电池在连接测试夹具时,需使用绝缘镊子,且测试电池需整齐置于防爆箱或恒温箱内,设定测试温度,待温度达到设定温度后开启电池测试程序,测试过程中建议贴标签注释测试信息。
资讯来源:汕头罗克自动化
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