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低溫電池怎么測試?

低溫電池的充放電測試一般采用恒流-恒壓充電、恒流放電模式,記錄該過程中的測試時間、電壓和電流等數據,通過分析該過程中數據的變化來表征電池或材料的容量、庫侖效率、充放電平臺以及電池內部參數變化等電化學性能參數。

低溫電池
  1. 充放電測試常規實驗流程

將測試電池安裝在測試儀器上,置于(25±1)℃ 測試環境中。設置以下程序:靜置10 min;以1.0 C電流恒流充電至4.2 V,然后恒壓充電至電流下降至0.05 C,充電停止;靜置5 min;然后以1.0 C 電流恒 流放電至3.0 V;重復上述充放電步驟5~10次。

上述測試參數為常規全電池測試參數,一般正極材料/金屬鋰扣式電池的電壓范圍為3.0~4.3 V,負極 材料/金屬鋰扣式電池的電壓范圍為0.005~1.0 V,特殊高電壓正極材料(如高電壓鈷酸鋰、尖晶石鎳錳酸 鋰、富鋰錳基層狀氧化物等材料)或其它正極材料(如磷酸鐵鋰材料)可依據電極材料特性和電解液、固態電解質耐受氧化電壓進行電壓范圍調整,其它參數不變。負極材料/金屬鋰扣式電池以及無鋰正極材料(如 MnO2 等)/金屬鋰扣式電池在測試時首先放電至最低電壓窗口,然后進行充電。需要注意的是,目前在許多文章中的負極材料測試范圍為 0.005~3.0 V,而在全電池測試過程中,一般能夠采用的電壓范圍對應于負極半電池測試實際上不超過1.0 V,例如對于石墨或者硅基負極材料,可用的電壓范圍為0.005~0.8 V,對于鈦酸鋰這種負極材料,可用的電壓范圍為1.2~1.9 V。因此對于某些文章中在寬電壓范圍內獲得的高容量和高首次庫侖效率,其在全電池中并不能發揮出來,實際意義并不大。針對軟碳或硬碳負極材料,或者目前正在開發的復合金屬鋰負極材料,放電截止電壓可以更低,如 0 mV甚至50 mV,具體情況需要具體分析。建議多數負極材料的半電池測試控制電壓范圍在0.005~1.0 V,超過這個電壓范圍,在結果的陳述及應用前景的描述上需要特別聲明,以免夸大結果。

測試電池材料實際容量的時候,盡量使用小倍率進行充放電,以減小極化產生的容量誤差,得到電池的真實容量,一般選擇 0.1 C 的倍率進行測試。

操作人員在測試儀器上裝卸扣式電池時需佩戴絕緣手套及口罩和防護眼鏡;由于測試通道較多,需對測試電池、測試通道進行特殊標記,并在相關儀器前貼醒目標簽注釋以防他人誤操作。

  1. 倍率充放電測試常規實驗流程

倍率充放電測試一般分為3 種形式,相同倍率充電不同倍率放電、不同倍率充電相同倍率放電和不同的倍率充放電測試。下面以充放電電壓窗口為3.0~4.2 V 的扣式電池測試為例進行介紹。

電池連接測試儀器并置于穩態環境中,靜置5 min;以0.5 C 電流放電至3.0 V,靜置10 min 后以0.5 C 恒流充電至4.2 V,在4.2 V 恒壓至電流下降為0.05 C 截止,然后以不同形式進行倍率充放電測試。

相同倍率充電不同倍率放電的實驗流程為:靜置5 min 后以不同的倍率放電至3.0 V,并記錄放電容量,靜置10 min 后以0.5 C 恒流充電至4.2 V,在4.2 V 恒壓至電流下降為0.05 C 截止。不同倍率充電相同倍率放電的實驗流程為:靜置5 min 后,以0.5 C 倍率恒流放電至3.0 V,靜置10 分鐘,然后以不同倍率恒流充電至4.2 V,在4.2 V恒壓至電流下降為0.05 C 截止。

不同的倍率充放電的實驗流程為:靜置5 min后,以不同的倍率恒流放電至3.0 V,靜置10 min,然后以相同的倍率(電流)進行恒流充電至4.2 V,在4.2 V 恒壓至電流下降為0.05 C 截止。

根據測試形式,改變不同的倍率重復上述某個實驗流程,充放電倍率由低到高(一般為0.2 C、0.5 C、1 C、2 C 以及5 C 等更高倍率)。建議相同倍率充放電循環5~10 次。

  1. 充放電循環測試常規實驗流程

在對電池的循環性進行測試時,可在上述充放電測試(1節內容)的基礎上,增加循環次數,對比相同循環次數后的容量保持率?;蛑貜统浞烹娧h,當放電容量連續兩次低于初始放電容量的80%時,確定此時的循環周數。

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