全面介绍锂电池性能与测试
来源：宝鄂实业
2019-03-21 11:10
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电池块的电性能指标很多这里只介绍最主要的几项电特性：
A.电池块容量 该指标反映电池块所能储存的电能的多少是以毫安小时计,例如:1600mAH是意昧着电池以1600mA放电可以持续放电一小时.
B.电池块寿命 该指标反映电池块反复充放电循环次数
C.电池块内阻 电池块的内阻越小越好但不能是零
D.电池块充电上限保护性能 锂电池充电时，其电压上限有一额定值，在任何情况下，锂电池的电压不允许超过此额定值该额定值。由PCB板上所选用的IC来决定和保证。
E.电池块放电下限保护性能 锂电池块放电时,在任何情况下锂电池的电压不允许低于某一额定值该额定值,由PCB板上所选用的IC来决定和保证。需要说明的是，在手机中一般锂电池块放电时，尚未到达下限保护值，手机就因电池电量不足而关机。
F.电池块短路保护特性 锂电池块外露的正负极片在被短路时,PCB板上的IC应立即加以判断,并作出反应关断MOSFET。当短路故障排除后，电池块又能立即输出电能，这些均有PCB上的IC来识别判断和执行。
电池的可靠性测试项目有哪些
1.循环寿命 2. 不同倍率放电特性 3. 不同温度放电特性 4. 充电特性 5. 自放电特性 6. 不同温度自放电特性 7. 存贮特性 8. 过放电特性 9. 不同温度内阻特性 10. 高温测试 11. 温度循环测试 12. 跌落测试 13. 振动测试 14. 容量分布测试 15. 内阻分布测试 16. 静态放电测试ESD
电池的安全性测试项目有哪些
1内部短路测试 2. 持续充电测试3. 过充电4. 大电流充电5. 强迫放电 6. 坠落测试 7. 从高处坠落测试8. 穿透实验 9. 平面压碎实验 10. 切割实验 11. 低气压内搁置测试 12. 热虐实验 13. 浸水实验 14. 灼烧实验15. 高压实验 16. 烘烤实验 17. 电子炉实验
什么是电池的额定容量
对于锂离子电池规定在常温、恒流(1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下,充电3h,再以0.2C放电至2.75V时,所放出的电量为其额定容量,电池容量的单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).
什么是电池的放电残余容量
当对可充电电池用大电流(如1C或以上)放电时,由于电流过大使内部扩散速率存在的“瓶颈效应”,致使电池在容量未能完全放出时已到达终点电压,再用小电流如0.2C还能继续放电,直至1.0V/支时所放出的容量称为残余容量.
什么是电池的标称电压、开路电压、中点电压、终止电压
电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压，二次锂电池标称电压为3.6V;
开路电压指在外电路断开时,电池两个极端间的电位差;
终点电压指电池放电实验中,规定的结束放电的截止电压;
中点电压指放电到50%容量时电池的电压,主要用来衡量大电流放电系列电池高倍率放电能力,是电池的一个重要指标.
锂电池充电方式
恒流恒压充电:电池首先以恒流充电,当电池电压升高至一定值时,电压保持不变,电路中电流降至很小,最终趋于0.
什么是涓流充电
涓流充电是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失.一般采用脉冲电流充电来实现上述目的.根据以往测试的经验,电池在充满电后,在40℃环境下由于自放电损失的容量大约是标称容量的5%.从理论上讲,以C/500的电流持续充电即可弥补自放电造成的容量损失C*5/100*24h*C/500,但是,由于电流太小,实际上充电效率非常低,使得基本无法充进电.我们采用脉冲充电方法可以解决这个问题.用C/10充电1.2秒,搁置58.8秒.按照上述条件每天充电的容量约为标称容量的5%.一般而言,脉冲充电的方式在以下范围内较为适合,可根据实际情况选用.充电电流:C/20,充电时间:0.1秒到60秒.
什么是充电效率
指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值,它可按照以下公式计算:
充电效率=(放电电流×放电至截止电压的时间/充电电流×充电时间)×100%
充电效率受到充电速率和环境温度的影响,充电时充电电流必须在一定范围内,电流太小或太大充电效率都很低.
什么是电池的功率输出
电池的功率输出指在单位时间里输出能量数的能力,它是根据放电电流I和放电电压V来计算的:
P=U×I 单位:瓦特
电池的内阻越小,输出功率越高;电池的内阻应小于用电器的内阻,否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率,这是不经济的,而且可能损坏电池,在额定电压条件下电池的输出功率随电极表面积的增大工作温度的上升而上升,反之亦然.
什么是电池的自放电
自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力.一般而言,自放电主要受制造工艺、材料、储存条件的影响.自放电是衡量电池性能的主要参数之一.一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象.
锂电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。IEC 标准规定锂电池充满电后在温度为20℃±5℃，湿度为（65±20）%条件下开路搁置28 天，0.2C 放电时间分别大于3 小时和3 小时15 分即为达标。
什么是24小时自放电测试
锂电池的自放电测试为:一般采用24小时自放电来快速测试其荷电保持能力,将电池以0.2C放电至3.0V,恒流恒压1C充电至4.2V,截止电流:10mA,搁置15分钟后,以1C放电至3.0V测其放电容量C1,再将电池恒流恒压1C充电至4.2V,截止电流100mA,搁置24小时后测1C容量C2,C2/C1×100%应大于99%.
什么是IEC标准?电池常用标准有哪些?
IEC即国际电工委员会(International Electrical Commission),是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织,其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化.锂离子电池目前IEC无标准,一般电池行业依据的是SANYO或Panasonic的标准。
电池常用IEC标准有:锂电池的标准为IEC619602000.11.
电池常用国家标准有:锂电池的标准为GB/T10077-1998YD/T998-1999,GB/T18287-2000.
另外电池常用标准也有日本工业标准JIS C 关于电池的标准及SANYOPANASONIC公司制定的关于电池企业标准.
什么是电池的内阻,怎样测量
电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容易极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值;而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值.
交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值.
充电态内阻与放电态内阻有何不同
充电态内阻指电池100%充满电时的内阻,放电态内阻指电池充分放电后的内阻.
一般来说,放电态内阻不太稳定,且偏大;充电态内阻较小,阻值也较为稳定.在电池的使用过程中,只有充电态内阻具有实际意义,在电池使用的后期,由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低,电池内阻会有不同程度的升高.
什么是IEC标准循环寿命测试
IEC规定锂电池标准循环寿命测试为:电池以0.2C放至3.0V/支后,1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流20MA,搁置1小时后,再以0.2C放电至3.0V(一个循环)反复循环500次后容量应在初容量的60%以上.
什么是标准耐过充测试
IEC规定锂电池的标准耐过充测试为:
⑴将电池0.2C放电至3.0V
⑵用电流I任意设置10V电压对电池充电充电时间为 T=2.5×C5/I
⑶电池最终不爆炸和起火
什么是标准荷电保持测试
国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为：电池以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20±5℃下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量,再与电池标称容量相比,应不小于初始容量的85%.
什么是标准荷电保持测试
国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为：电池以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20±5℃下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量,再与电池标称容量相比,应不小于初始容量的85%.
什么是电池的内压,电池正常内压一般为多少
指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。
高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底，电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短等。
什么是内压测试
锂电池内压测试为:(UL标准)：模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓.
具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20±3℃)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液.
什么是短路实验
将充满电的电池在防爆箱内用一根导线连接正负极短路,电池不应爆炸或起火
什么是跌落测试
将电池组充满电后从三个不同方向于1m高处跌落于硬质橡胶板上,每个方向做2次,电池组电性能应正常,外包装无破损.
什么是振动实验
锂电池振动实验方法为:电池以0.2C放电至3.0V后1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,搁置24小时后按下述条件振动:振幅0.8mm使电池在10HZ-55HZ之间振动,每分钟以1HZ的震动速率递增或递减.振动后电池电压变化应在±0.02V之间,内阻变化在5m以内.
什么是碰撞实验
电池以0.2C放电至3.0V后在20±5℃下以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,安装到碰撞测试台上按如下条件测试:峰值加速度在100m/S2,脉冲持续时间为16ms,碰撞次数为1000±10,碰撞结束后目测电池外观应无异常现象,然后以1C恒流放电至2.75V,然后在(20±5℃)的条件下,进行1C充放电循环直至放电容量不少于初始容量的85%,但循环次数不多于3次.
什么是撞击实验
电池充满电后,将一个15.8mm直径的硬质棒横放于电池上,用一个20磅的重物从610mm的高度掉下来砸在硬质棒上,电池不应爆炸起火或漏液.
什么是穿刺实验
电池充满电后,用一个直径为2.0mm~25mm的钉子穿过电池的中心,并把钉子留在电池内,电池不应该爆炸起火.
什么是高温高湿测试
锂电池高温高湿测试为:将电池1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,然后放入(40±2℃),相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱中搁置48h后,将电池取出在(20±5℃)的条件下搁置2h,观测电池外观应该无异常现象,再以1C恒流放电到2.75V,然后在(20±5℃)的条件下,进行1C充电,1C放电循环直至放电容量不少于初始容量的85%,但循环次数不多于3次.
什么是温升实验
将电池充满电后放进烘箱,以每分钟5℃的速度升高烘箱温度,一直到烘箱温度达150℃,并将150℃保持10分钟,电池不应爆炸或起火.
什么是温度循环实验
温度循环实验包含27个循环,每个循环由以下步骤组成:
1.电池从常温转为温度66±3℃,湿度15±5%条件下放置1小时;
2.然后转为在温度为33±3℃,湿度90±5%的条件下放置1小时;
3.然后条件转为温度为-40±3℃放置1小时;
4.电池在温度为25℃下搁置0.5小时.
此4步即完成一个循环,经过此27个循环实验后,电池应该无漏液,爬碱,生锈,或其它异常情况出现.
什么是温度震荡实验
该实验需要两个恒温箱,其中一个为66℃,一个为-40℃,每一个循环由下面步骤组成:电池在-40℃放置1小时后,在5秒内转移到66℃烘箱内烘烤1小时,这个循环实验应该从低温开始,然后在高温结束,整个过程应为24个循环,电池经过循环实验,应该不会出现任何电性能问题.
什么是灼烧实验
在防爆箱内,将充满电的电池在蓝色火焰上烘烤,电池安全阀应在一段时间后开启.
测试电池常用的几种方法
★0.2C5A放电性能
20℃±5℃, 终止电压2.50V/节，可重复5次。要求电池所测容量≥C
★低温性能 -20℃±5℃恒温16～24h, 0.2C5A放电，终止电压2.50V/节. 要求电池所测容量>30%C
★1C5A放电性能
20℃±5℃, 终止电压2.50/节. 要求电池所测容量>70% C5
★荷电保持能力
20℃±5℃搁置28天，0.2C5A放电，终止电压2.50V/节.要求电池所测容量>70% C5
★贮存性能
1、20℃±5℃，0.2C5A充电至指定终止电压2.50V/节；
2、搁置90天，40℃±5℃，
3、20℃±5℃，按指定方法充电；
4、20℃±5℃，0.2C5A放电，终止电压2.50V/节.
5、可循环5次。
要求电池所测容量>85% C5
★循环寿命
1、20℃±5℃，0.2C5A充电至指定终止电压2.75V/节；
2、20℃±5℃，按指定方法充电；
3、充放电循环，直至放电容量<60%.要求电池所测循环>400 次
★短路
1、分别试验环境温度：20℃±5℃；55℃±2℃
2、外接负载电阻<50mΩ;
3、当电池从峰值温度下降约10℃, 结束放电。
4、电池外部温度不得高于150℃。要求电池不爆炸、不起火
★过放电性能
1、采用≥10V电源和负载电阻；
2、20℃±5℃，0.2C5A恒流放电，终止电压0V/节。
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★过充电保护性能
1、采用≥10V电源；
2、20℃±5℃，按制造商推荐充电电流Irec充电； 充电时间：2.5 C5/Irec.
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★高倍率充电
1、20℃±5℃；
2、恒流充电：3 Irec；
3、转恒压充电，至电池内部保护装置终止充电，或持续充电至指定的终止电流。
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★挤压试验
1、电池在两平板之间被碾压，加压工具为砖模钳或直径为32毫米的水压活塞重锤；
2、水压重锤持续到压强17.2kPa,压力约13千牛顿，然后减压；
3、圆柱或方形电池纵向轴与压板面平行，扣式电池平放，电池受压为一个方向。
要求电池无爆炸、无起火
★重物冲击试验
1、圆柱形电池平放在板面上，与直径8mm的圆棒交叉，交叉点在电池中间部位。
2、质量为9kg/10kg的物体从60cm高处，落到电池上；
3、方形电池在长、宽、厚度方向分别碰撞试验；
4、扣式电池纵向轴也要保持与平板面平行。 要求电池无爆炸、无起火
★自由跌落
1、电池共需六次，三维方向分别各两次自由跌落；
2、跌落高度100cm; 环境温度：20℃±5℃。
要求电池无爆炸、无起火
★高温试验
烘箱升温速度每分钟5℃±2℃，直到烘箱温度130℃±2℃，保温60min。
要求电池无爆炸、无起火
★持续充电试验
20℃±5℃，完全放电态电池恒压充电28天，充电电压2.75V/节.
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★冲击测试
1、20℃±5℃，根据电池形状，二维或三维垂直方向同量级冲击；
2、最初三秒，最**均加速度：75gn;
3、最高加速度：125～175gn,gn为当地万有引力。
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★振动
1、根据电池形状，二维或三维垂直方向同量级振动；
2、振动频率：从10Hz～55Hz循环扫频振动30min, 扫频增减速率1Hz ±0.055Hz;
3、振幅：0.8mm，最大偏差：1.6mm。
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★高温贮存性能
75℃±2℃，恒温搁置48h
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★热冲击
1、75℃±2℃，恒温搁置48h；
2、5s内转移到-20℃±5℃环境下，搁置6h;
3、转20℃±5℃，搁置24h 要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★真空（高空模拟）试验
1、20℃±5℃真空室内；
2、抽真空至压力低于11.6kPa; 并持续6h。
要求电池无漏液、无漏气、无爆炸、无起火
★电池针刺试验 1、20℃±5℃环境中；
2、使用ф2mm- ф8mm 的耐高温钨针
3、运行速度在10－40mm/s的可调范围内刺穿电池。
要求电池无爆炸、无起火。
几种不常用的测试方法
★强制内部短路试验
测试需在周围温度20±5°C ，凝露点-25°C以下环境进行。
1.拆解饱充电池芯，取出电极卷：按照执行试验时的充电程序步骤将充饱电的电池芯解体，取出电极卷，
2.镍金属片的形状及材质：造成强制内部短路时所使用的镍片形状如图所示。高0.2mm 宽0.1mm ，每边长为1mm的L 字型（角度为90°），材质为纯度99% 以上；
3.镍金属片的配置：圆筒型及矩型电极卷配置镍片的位置说明如下：圆筒型电极卷配置镍片之位置如图二所示；
4.电极卷手动卷绕恢复原样程序；
5.电极的封装：为防止电解液的挥发，用聚乙烯制的夹链袋装入电极卷。然后，再将夹链袋装入可封口的铝袋中。从拆解饱充电池芯，取出电极卷到电极封装的准备步骤需在30 分钟以内完成。
纵上所示必须还要将镍丝放入后在-25°C的环境中使用挤压部件压实才可。
合格性要求:无爆炸、无起火。试验中注意对人员和周围环境的防护。
★电池板烧试验
测试需在周围温度20±5°C ，将电池放置在250°C的铁板上方，直至电池毁坏，一般我们选择放置在铁板中部加热集中的部位。
合格性要求: 无爆炸、无起火。
试验中注意对人员和周围环境的防护。
★喷射试验
试验时，电池置于中间直径4英寸的孔并盖有盖板的平台上，盖板由每英尺20孔的钢丝网构成或钢丝0.017英寸（0.43mm）。在试样周围安置一个每面2英尺宽（610mm）、1英尺高（305mm），共8面的丝网,金属网由直径0.010英寸（0.25mm）金属丝按每英寸16-18丝构成。样品放在金属网上，盖住桌中央的孔，然后进行加热直至爆炸或至其被摧毁。当进行实验时，爆炸电池没有任何部分穿透网屏，燃烧的火焰不能过于剧烈以致于烧损铝网。试验中注意对人员和周围环境的防护。
