Как оценить производительность ёмкости литий-ионной батареи

Литий-ионные батареи являются основой современной электроники, электромобилей и систем хранения энергии. Одним из важнейших аспектов качества батареи является показатель емкости — насколько хорошо элемент сохраняет емкость разряда при повторных циклах заряда и разряда.

В этой статье мы описываем основные методы тестирования для оценки емкости батареи, включая ключевые формулы и отраслевые стандарты.

1. Тестирование срока службы циклов

Тестирование срока службы циклов — это основной метод оценки производительности литиевых батарей. Он имитирует реальное использование путем многократного заряда и разряда элементов в контролируемых условиях.

Стандартная процедура включает:

  • Первичное тестирование емкости (C₁): Выполнить 1–3 цикла заряда/разряда при 0,5C и взять среднюю емкость разряда как базовую.

  • Протокол заряда/разряда:

    • Заряд: постоянный ток – постоянное напряжение (CC–CV), отсечка при 4,2 В.

    • Разряд: постоянный ток (CC), отсечка при 2,8 В.

  • Номер цикла (N): Обычно 500–1000 циклов, в зависимости от применения.

  • Контрольные точки емкости: Измерение емкости каждые 50–100 циклов.

  • Порог конца срока службы: Когда емкость падает до 80% от начального значения.

Основные формулы:

Коэффициент удержания емкости (η):


η = (C_N / C_1) × 100%

Темп снижения емкости (α):


α = 1 - η

Срок службы циклов:
Количество циклов до первого снижения удержания емкости до 80%.

2. Ускоренное циклическое тестирование

Для сокращения времени тестирования ускоренное тестирование срока службы циклов подвергает батареи более жестким условиям, ускоряющим старение:

  • Циклы при высокой температуре (например, 45°C): Ускоряют рост SEI и разложение электролита.

  • Высокие скорости заряда/разряда (≥1C): Увеличивают поляризацию и механическое напряжение.

  • Широкие диапазоны напряжения (например, 2,5–4,3 В): Усиливают напряжение и деградацию электродов.

⚠️ Внимание: Слишком агрессивное тестирование может исказить реальные механизмы отказа.

3. Тестирование срока службы по календарю

Срок службы по календарю сосредоточен на снижении емкости при хранении, имитируя долгосрочные периоды бездействия. Аккумуляторы хранятся при фиксированных уровнях заряда (SOC) (обычно 50% или 100%) и периодически контролируются.

Эмпирическая модель снижения емкости:


C_t = C_0 - k × t

Влияние температуры (уравнение Аррениуса):


k = A × e^(-Ea / RT)

Где Ea = энергия активации, T = абсолютная температура (К), R = газовая постоянная.

4. Анализ после эксплуатации

После тестирования циклов анализ после эксплуатации дает более глубокое понимание механизмов деградации:

  • Анализ электродов: XRD/SEM для выявления коллапса решетки или отшелушивания графита.

  • Химия интерфейса: XPS/FTIR для обнаружения изменений состава SEI/CEI.

  • Анализ электролита: GC-MS для измерения продуктов разложения.

Заключение

  • Тестирование срока службы по циклам является золотым стандартом оценки емкости литиевых аккумуляторов.

  • Ускоренное тестирование экономит время, но должно отражать реальные условия.

  • Тестирование срока службы по календарю гарантирует надежность при длительном хранении.

  • Анализ после эксплуатации выявляет коренные причины снижения емкости.

В YDL Battery мы не только производим индивидуальные литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, но и предоставляем внутреннее тестирование и валидацию, чтобы обеспечить долгий срок службы и надежную работу ваших устройств.

👉 Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших индивидуальных решениях для аккумуляторов и технической поддержке.