新闻资讯述深度剖析锂电池自放电的原因、测量方式和实际意义

　　锂离子电池会有自放电的问题，这是不可避免的，它会导致电池本身容量的减少，甚至会严重影响电池的配组及循环寿命。一般而言，锂离子电池的自放电率为每月2%～5%，这比起镍氢、铅酸电池的自放电来说已经是非常好的指标了。

　　然而，单体锂电池一旦组装成模块后，因为各个单体锂电池的特性不是完全一致，所以每次充放电后，各个电芯的端电压不可能达到完全一致 ，从而可能会导致锂电池模块中出现过充或者过放的单体电池，最终导致锂电池组的性能逐步恶化。随着充放电的次数增加，锂电池组的性能的恶化程度会进一步加剧，结果就是锂电池组的循环寿命相比未配组的单体电池大幅下降。因此 ，我们必须对锂离子电池的自放电率进行深入研究。SES Power 作为专业的定制化锂离子电池方案商，我们有很多产品是应用在医疗、军工甚至航天、航海行业，所以对这个问题更加敏感，同时也花费了巨大的研发精力去研究和解决它。

　　A：自放电的定义

　　电池的自放电现象是指电池处于开路搁置时，其容量自发损耗的现象，也称为荷电保持能力。

　　自放电一般可分为两种 ：可逆自放电和不可逆自放电。

　　损失容量能够可逆得到补偿的为可逆自放电，其原理跟电池正常放电反应相似。损失容量无法得到补偿的 自放电为不可逆自放电，其主要原因是电池内部发生了不可逆反应。

　　B：影响自放电的因素

　　b1 正极材料

　　正极材料的影响主要是金属及杂质在负极析出导致内短路，从而增加锂电池的自放电。比如LiFePO4正极材料的在充放电过程中会导致铁在负极逐渐还原析出，刺穿隔膜，形成电池内短路，从而造成较高的自放电。

　　b2 负极材料

　　负极材料对自放电的影响主要是由于负极材料与电解液发生的不可逆反应。在充放电过程中，锂离子嵌人和脱出时，石墨层状结构容易遭到破坏，从而导致较大自放电率。

　　b3 电解液

　　电解液的影响主要表现为：电解液或杂质对负极表面的腐蚀;电极材料在电解液中的溶解;电极被电解液分解的不溶固体或气体覆盖，形成钝化层等。

　　b4 存储状态

　　存储状态一般的影响因素为存储温度和电池SOC。一般来说，温度越高，SOC越高，电池的自放电越大。

　　b5 其他因素

　　除以上介绍的几种因素外，主要还存在以下因素：在生产过程中由于生产环境问题而在电池中引入的杂质，如粉尘、金属粉末等，这些均可能会造成电池的内部微短路;外界环境潮湿、外接线路绝缘不彻底、电池外壳隔离性差等造成的电池存储时有外接电子回路，从而导致自放电;长时间的存放过程中，电极材料的活性物质与集流体的粘结失效，导致活性物质的脱落和剥离等导致容量降低，自放电增大。

　　C：自放电率的测量方法

　　由于锂电池自放电率普遍较低，而且会受到温度、使用循环次数以及SOC等因素的影响，因此对电池实现自放电的精确测量是非常困难且耗时的工作。

　　C1直接测量法

　　首先将被测电芯充电至一定荷电状态，并维持一段时间的开路搁置 ，然后对电芯进行放电以确定电芯的容量损失 。自放电率为 ：

　　式中：C为电池的额定容量;C1为放电容量。开路搁置后，对电芯放电可以获得电芯的剩余容量。此方法可以确定电池不可逆容量损失与可逆容量损失。

　　C2开路电压衰减率测量法

　　开路电压与电池荷电状态SOC有直接关系，只需要测量一段时间内电池的OCV的变化率，即：

　　该方法操作简单，只需记录任意时问段内电池的电压，进而根据电压与电池SOC的对应关系即可得出该时刻电池的荷电状态。通过电压的衰减斜率以及单位时间所对应的衰减容量的计算，最终可得到电池的自放电率。

　　C3容量保持法

　　测量电池期望保持的开路电压或者SOC所需要的电量，得出电池的自放电率。即测量保持电池开路电压时的充电电流，电池自放电率可以认为是测量得到的充电电流。

　　C4数字控制技术

　　这是利用单片机等，在传统自放电测量方法的基础上衍生出的新型自放电测量方法。该方法具有测量花费时间短，精度高，设备简单等优点。

　　C5等效电路法

　　等效电路法是一种全新的自放电测量方法，该方法将电池模拟成一个等效电路，可快速有效地测量锂离子电池的自放电率 。

　　D测量自放电率的意义

　　自放电率作为锂离子电池的一项重要性能指标，对电池的筛选及配组具有重要影响，因此测量锂电池的自放电率具有非常重要的意义。即使SES Power SES Power经常使用CATL、EVE等方形铝壳磷酸铁锂电芯来制作定制化的锂电池组，比如12V100Ah、12V200Ah、24V100Ah、24V200Ah、36V100Ah、48V50Ah、48V100Ah等，12V30Ah、12V50Ah、12V60Ah的汽车启动电池(最大峰值电流可达1500A)、家庭式储能(5KW)。电芯的品质非常可靠，但是我们仍然对自放电进行严格的测量以保证产品的最终品质。

　　D1 预测问题电芯

　　同一批电芯，所用材料和制成控制基本相同，当出现个别电池白放电明显偏大时 ，原因很可能是内部产生了严重的、缓慢的和不可逆的微短路。所以，短期内这类电池的性能不会与正常电池相差太多，但是长期搁置后不良电池的性能将远远低于其他正常电池的性能。因此为了保证出厂电池质量，自放电大的电池必须剔除。

　　D2对电池进行配组配组

　　电池的自放电率对电池组的影响主要表现为：一旦组装成模块后，因各个单体锂电池的自放电率不同，在搁置或者循环过程中，电压会出现不同程度下降，而在串联充电下，其受电流又会相等，故每次充电后都可能会在锂电池模块中出现过充或者未充满的单体电池。

　　随着充放电的次数增加，不良电池的性能会逐渐恶化，循环寿命相比未配组的单体电池大幅下降，最终会导致整个锂电池组性能严重下降甚至提前报废。

　　因此，在进行电池组装前要求对每个锂离子电池的自放电率进行精确测量并筛选。

　　D3 电池SOC估算修正

　　荷电状态也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。

　　自放电率对于锂离子电池的SOC估算具有重要参考价值，准确估量自放电率将可提高SOC估算精度。

　　一方面对客户而言可根据剩余电量估算产品可使用时间或行驶距离;另一方面提高BMS的SOC预测精度可有效预防电池过充过放，从而延长电池使用寿命。

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