荷电保持能力与恢复能力检测
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发布时间:2025-07-05 18:39:00 更新时间:2025-07-04 18:39:01
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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荷电保持能力与恢复能力是评估二次电池(如锂离子电池、镍氢电池等)性能的关键指标,尤其在消费电子、电动汽车和储能系统等领域具有极其重要的意义。荷电保持能力(Charge Retention)衡量的是电池在充满电后,在开路状态下经过一段时间存储(通常指特定温度和环境下的搁置)后,其剩余容量的保持水平。它直接反映了电池的自放电特性,即内部电化学反应和副反应导致容量损失的程度,是评价电池长期存储性能的核心参数。
而荷电恢复能力(Charge Recovery)则进一步评估电池在经过上述存储后,通过标准充电程序再次充满电后,其放电容量能够恢复到初始状态的程度。它不仅受自放电损失影响,还与存储期间电极材料、电解液的稳定性以及再充电过程中活性物质的重新活化能力密切相关。良好的荷电恢复能力意味着电池在经历闲置期后,仍能迅速恢复到接近其原始性能状态,这对于间歇性使用或需要长期备用的设备(如电动工具、应急电源、植入式医疗设备等)至关重要。
这两项检测对于电池制造商(质量控制、配方优化)、产品设计工程师(系统电源管理设计)以及终端用户(了解产品实际使用性能)都具有直接的参考价值。一套科学、严谨、标准化的检测流程是获得可靠数据的基础。
围绕荷电保持能力与恢复能力,核心的检测项目包括:
1. 荷电保持能力:
* 开路电压变化率: 存储前后开路电压的下降比率,可初步反映自放电程度。
* 容量保持率: 存储后剩余容量与存储前初始容量的百分比(最核心指标)。例如:存储28天后容量保持率 ≥ 80%。
* 自放电率: 单位时间内(如每天、每月)容量的损失百分比。通常由容量保持率推算得出。
2. 荷电恢复能力:
* 容量恢复率: 存储后,经过标准充电程序再次充满电后测得的放电容量,与存储前初始容量的百分比。例如:再充电后容量恢复率 ≥ 95%。
* 电压平台保持率/变化: 再充电后放电曲线中关键电压平台(如平均放电电压、中值电压)与存储前相比的变化情况,反映内部极化状态和反应动力学的恢复程度。
* 充放电效率变化: 存储和再充电循环后的充放电效率(放电容量/充电容量)与初始值的比较。
进行精确的荷电保持与恢复能力检测,需要以下关键仪器设备:
1. 高精度电池充放电测试系统: 这是核心设备,必须具备:
* 精确的恒流(CC)、恒压(CV)、恒流恒压(CC-CV)充电模式和恒流(CC)、恒功率(CP)、恒阻(CR)放电模式。
* 宽范围的电流、电压设定和高测量精度(通常要求电流精度≤0.1% FS,电压精度≤0.1% FS)。
* 多通道并行测试能力,以提高效率。
* 数据采集系统,能实时记录电压、电流、容量、时间、温度等参数。
2. 高精度恒温恒湿试验箱: 用于精确控制存储和测试环境的温度和湿度。要求:
* 温度控制范围宽(如-40°C 至 +85°C 或更高)、精度高(通常 ±0.5°C 或 ±1°C)。
* 湿度控制范围(如20%RH ~ 95%RH),如果标准要求。
* 内部温度分布均匀。
3. 电压表/万用表: 用于精确测量电池在存储期间的开路电压(OCV)。
4. 数据记录仪: 用于在长期存储期间定期(如每天/每周)自动记录电池的OCV和环境温度(如果试验箱无连续记录功能)。
5. 电池夹具与连接线: 低内阻、接触良好且可靠的连接装置。
检测流程通常严格遵循相关国家标准或国际标准,主要步骤概括如下:
1. 初始容量标定:
* 将电池在标准测试温度(如25°C ± 2°C)下,按照制造商规定的标准充电方法充满电。
* 静置一定时间(如10min - 1h)。
* 以规定的标准放电电流(如0.2C, 1C等)放电至截止电压,记录放电容量C1,此即为初始容量。
2. 存储阶段(测试荷电保持能力):
* 将充满电(同步骤1)的电池开路状态(不连接任何负载)放入恒温恒湿试验箱中。
* 在规定的存储温度(如常温25°C、高温40°C, 45°C, 60°C等)和湿度下,存储规定的时间(如7天, 28天, 90天等)。
* 存储期间,定期(如每天或每周)测量并记录电池的开路电压(OCV)。
3. 存储后容量测试(荷电保持能力评估):
* 存储结束后,将电池从试验箱中取出,在标准测试温度下静置规定时间(如2h - 24h,使电池温度恢复平衡)。
* 不进行额外充电, 直接以与步骤1相同的放电条件放电至截止电压,记录放电容量C2。
* 计算容量保持率 = (C2 / C1) × 100%。
4. 再充电与恢复容量测试(测试荷电恢复能力):
* 完成步骤3后,立即或按规定静置后,按照与步骤1相同的标准充电方法将电池再次充满电。
* 静置规定时间。
* 以与步骤1相同的放电条件放电至截止电压,记录放电容量C3。
* 计算容量恢复率 = (C3 / C1) × 100%(核心评价指标)。
* 同时分析此次放电曲线(电压平台、效率等)并与初始放电曲线比较。
关键控制点: 测试温度、存储温度/湿度/时间、静置时间、充放电制度(电流/电压/截止条件)必须严格按照选定的标准执行。
国内外有多个标准对二次电池的荷电保持能力与恢复能力测试方法进行了规定,常用的包括:
1. 国家标准 (GB/T):
* GB/T 18287-2013《移动电话用锂离子蓄电池及蓄电池组总规范》: 这是国内消费类锂电最常用的标准之一。其中详细规定了荷电保持能力(常温搁置28天后容量保持率)及恢复能力的测试方法(搁置后直接放电测C2,再充电后放电测C3)。
* GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》: 规定了电动车动力电池在常温、高温存储下的容量保持率测试方法。
* GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》: 包含标准充电、容量测试等基础方法,常与31484结合使用。
2. 国际电工委员会标准 (IEC):
* IEC 61960:2011《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式二次锂电池和蓄电池组》: 规定了便携式锂电的荷电保持(20°C存储28天后容量保持率)测试方法。
* IEC 62133-1:2017, IEC 62133-2:2017《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 便携式密封二次电池和蓄电池组的安全要求》: 虽然重点是安全,但其附录中通常包含部分性能(包括存储后容量)的测试步骤。
* IEC 62620:2014《含碱性或其它非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组 工业用锂蓄电池和蓄电池组》: 适用于工业储能/动力锂电,包含不同温度下存储后的容量测试。
3. 国际标准化组织标准 (ISO):
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
* ISO 12405-1, -2, -3 (电动道路车辆用锂离子牵引电池 检测机构资质证书
检验检测机构资质认定证书
实验室认可证书
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