段松華，賈清容，代 彬，劉新軍

(四川長虹電源有限責任公司，四川綿陽 621000)

材料本身及制造工藝的原因，導致磷酸鐵鋰(LiFePO4)鋰離子電池的自放電率較高［1］。P.Arorat等［2］研究認為:在常溫下，月自放電率小于3%的鋰離子電池，循環(huán)壽命與自放電無關，此時的容量損失可以通過重新充放電來彌補;但當月自放電率大于3%時，容量為不可逆損失，會影響電池的循環(huán)壽命。

用于成組的單體電池，要具備較小的自放電性能［3］。在實際生產(chǎn)中，采取的自放電篩選方法是擱置一段時間后全檢容量的保持率和恢復率。該方法需要較多的人力、電力，不但增加了單體電池的生產(chǎn)成本，而且延長了單體電池的生產(chǎn)周期。

本文作者通過研究單體LiFePO4鋰離子電池在0%荷電狀態(tài)(SOC)儲存時開路電壓與自放電的變化關系，對電池進行自放電篩選。

1 實驗

1.1 實驗對象

從同一批次的IFP11200328軟包裝單體電池(本公司產(chǎn))、IFP40115150軟包裝單體電池(南京產(chǎn))與IFP12115230軟包裝單體電池(蘇州產(chǎn))中，各挑選200只。電池的正極材料均為磷酸鐵鋰，負極材料均為人造石墨。

從每種型號的電池中，挑選9只容量偏差不超過整批平均容量±3%、內(nèi)阻偏差不超過整批平均內(nèi)阻±3%的單體電池，進行實驗。

以滿容量擱置30 d，其中4只單體電池的容量損失率［按式(1)計算］不低于3%，另外5只單體電池低于3%。各種型號單體電池的主要性能參數(shù)見表1，各實驗單體電池的基本性能參數(shù)見表2。

表1 實驗單體電池的主要材料參數(shù)Table 1 The main material parameters of the experimental batteries

表2 實驗單體電池的基本性能參數(shù)Table 2 The basic performance parameters of the experimental batteries

1.2 實驗方法

用BTS6010c8型電池測試系統(tǒng)(浙江產(chǎn))將單體電池以0.10 C恒流放電至2.5 V，靜置10 min，以0.05 C恒流充電至3.0 V，在常溫(25±2℃)下擱置7 d，每天用VC 97萬用表(深圳產(chǎn))測量各單體電池的開路電壓，用3554內(nèi)阻測試儀(日本產(chǎn))進行內(nèi)阻測試。

2 結果與討論

2.1 0%SOC擱置開路電壓測試結果

單體電池0%SOC常溫擱置7 d，開路電壓測試的結果列于表3。從第2天開始，開路電壓與前一天的差值ΔOCU見圖3。

表3 單體電池0%SOC擱置7 d的開路電壓測試結果Table 3 OCV test results of the batteries during 7 d 0%SOC shelf

圖1 單體電池0%SOC擱置7 d的開路電壓變化Fig.1 OCV changes of the batteries during 7 d 0%SOC shelf

結合表2的測試數(shù)據(jù)，由圖1a可知，IFP11200328單體電池在0%SOC狀態(tài)常溫擱置7 d，月自放電率大于3%的1號、2號、3號及4號，開路電壓呈下降趨勢，其余月自放電率小于3%的則呈上升趨勢。進一步測試IFP40115150單體電池的開路電壓變化，同樣發(fā)現(xiàn)，月自放電率大于3%的1號、2號、3號和4號，開路電壓呈下降趨勢，其余月自放電率小于3%的則呈上升趨勢。由此可知，通過該規(guī)律可迅速篩選出月自放電率大于3%的磷酸鐵鋰單體電池。為了進一步證實上述規(guī)律的準確性，測試IFP12115230單體電池，發(fā)現(xiàn)月自放電率大于3%的1號、2號、3號和4號，開路電壓呈下降趨勢，月自放電率小于3%的則呈上升趨勢。

2.2 對單體電池自放電率進一步分類

各單體電池0%SOC擱置時開路電壓變化率R［計算公式見式(2)］與自放電率之間的關系見圖2。

式(2)中:U7和U2分別為第7天和第2天的開路電壓。

圖2 單體電池在0%SOC下月自放電率與開路電壓變化率的關系Fig.2 Relation between the monthly self-discharge rate and OCV change rate of the batteries in 0%SOC

從圖2可知，當0 mV/d＜R＜3 mV/d時，單體電池的月自放電率為2% ～3%，當R＞3 mV/d時小于2%，根據(jù)此規(guī)律，可迅速對單體電池進行篩選、配組。當R＜0 mV/d時，單體電池的月自放電率大于3%，其中，當R＜－4 mV/d時可達6%以上，此類單體電池不建議在實際中應用。

3 結論

通過對不同廠家同一批次生產(chǎn)的軟包裝磷酸鐵鋰單體鋰離子電池進行自放電篩選方法研究，發(fā)現(xiàn):

磷酸鐵鋰單體鋰離子電池在完全放電后，常溫下較長時間內(nèi)電壓的變化較明顯，可利用單體電池在0%SOC下開路電壓的變化規(guī)律進行自放電篩選。在0%SOC下擱置7 d，第7 d開路電壓低于第2 d的電池，月自放電率大于3%，第7 d開路電壓高于第2 d的電池，月自放電率小于3%。

根據(jù)電壓變化率，可直觀地將自放電率較大的單體電池剔除，同時對自放電率小于3%單體電池作進一步分類，有利于提升模組中單體電池在配組中的一致性。該方法的周期較短，一般為7 d左右，可以節(jié)省人力、物力等成本，縮短篩選時間。

［1］GUI Chang-qing(桂長清).溫度對LiFePO4鋰離子動力電池的影響［J］.Battery Bimonthly(電池)，2009，39(1):34－35.

［2］Pankaj A，Ralph E W，Marc D.Capacity fade mechanisms and side reactions in lithium-ion batteries［J］.J Electrochem Soc，1998，145(10):3 647－3 667.

［3］SONG Xiao-na(宋曉娜).鋰離子電池自放電的研究［J］.Dianchi Gongye(電池工業(yè))，2013，18(1 －2):40－50.