【经验】缩短锂离子电池制造时间：利用Keysight BT2152B进行两种自放电测量的方法的比较研究
自放电是所有锂离子电池在制造过程中都要筛选的关键参数，因为过度的自放电指示电池内部潜在的缺陷。有两种主要的测量方法。
第一种方法是传统的Delta OCV方法，该方法通常在数周的时间内测量电池的开路电压（OCV）损耗。OCV的损耗量是电池中自放电量的间接指标。第二种方法是恒电位方法。这涉及通过使用稳定的外部电源，将电芯保持在固定的电势，来使得电池保持在恒定的电荷状态（SoC）。在稳定一个小时左右后，外部电源提供的电流等于电池的自放电电流。现在让我们看一下这两种方法的比较。
如图所示，缩短制造测试时间至关重要。是什么限制了使用传统的Delta OCV方法测量电池自放电的测试时间？可以通过参考图1来理解。
图1：什么限制了增量OCV方法测试时间
Delta OCV方法依靠在非常大的DC偏移电压之上测量非常小的压降来实现。衰减率取决于电池有效电容C EFF和内部自放电电阻R SD的并联组合，如右图所示。C EFF约为10法拉和R SD对于2Ah 18650电池，其电阻为千欧的数量级，这使得OCV衰减速率非常慢。对于该研究测试组中的8个电池，在7天的时间内自放电OCV下降到1.1 mV以下。相比之下，两个电池在同一7天的时间内表现出较高的自放电OCV损耗，略高于2.2 mV。7天大约是获得有效结果所需的最短时间，该结果具有可接受的不确定性和由于以下因素引起的误差：
·DVM 10伏特测量范围精度和温度系数
·电触点产生的热EMF错误
·电池OCV温度系数
使用传统的Delta OCV方法通常需要长达两周的时间才能获得有效的结果，具体取决于可以对这些错误进行控制的程度。较长的休息时间的优点在于，会有更大的压降结果，从而成比例地减小了误差源的大小。Delta OCV方法的主要缺点是，电池在数周的时间内处于休眠状态，导致积存了大量在制品（WIP），更多的工厂存储空间以及大量存储电池带来的高危险。
与OCV方法相比，使用恒电位法能缩短测试电池自放电测试时间的原因是什么？参考图2可以更容易地看出这一点。
图2：缩短恒电位法测试时间的方法
恒电位法可直接测量电池的自放电电流。因此，不再需要考虑设备的测量精度和温度系数。电池没有开路，而是通过外部恒电位源进行了短路，在连接之前，它首先被设置为与电池的OCV相匹配。现在，测量建立时间由C EFF和恒电位设置的R SERIES电阻的并联组合确定，如右图所示。实际上，R SERIES的范围为欧姆级或更小。这比R SD小几个数量级，使恒电位方法的响应时间比增量OCV方法缩短了几个数量级。如左图所示，测量建立时间约为一个小时，但是通常可以在此之前确定具有高自放电的电池。实际的恒电位方法测量结果如图3所示。这是使用KEYSIGHT BT2152B自放电分析仪和BT2155A软件对8组电池进行的，这是先前进行过Delta OCV测量的同一组电池。
图3：恒电位法测试结果
恒电位法需要权衡。减少测试时间需要面对的主要后果是对电池电压温度系数的敏感性更高。电池的温度需要很好地控制，否则其影响可能会超过自放电电流本身。由于测试周期相对较短，通常可以通过使用简单的被动方法（例如隔热）将电池的温度变化保持在最低水平。
在同一组电池上执行了Delta OCV方法和恒电位方法后，两种自放电测量方法之间的相关程度如何？如图4所示。
图4：两种方法的结果如何关联
蓝点是8个电池中每个电池上的测量点，X轴上的Delta OCV损耗率为µV/hr，Y轴上的自放电电流单位为µA。很快可以看出，所有点都由红线线性排列，并且其拟合线通过图的原点。这些都表现出非常强的相关性。此外，两种方法的比较结果与这些电池在被测试的％SoC处的放电斜率特征相符，从而提供了进一步的验证，两种方法之间具有良好的相关性。为了获得这些结果，需要良好的测试实践，包括：
·电池完全休息，消除了电荷重新分配的影响。
·这两种方法是在同一组电池上同时进行的。
·环境条件应尽可能保持一致。
·温度对电池和设备的影响最小。
最后，测量锂离子电池自放电的两种主要方法是传统的Delta OCV方法和恒电位方法。由于OCV损失率非常低，因此Delta OCV方法要花费数周的时间，大大增加了WIP，需要存储空间并带来了其他危害。相对于存在的测量误差源的大小，长时间使用Delta OCV法可提供有意义的结果。相比之下，恒电位方法的测量建立时间约为一个小时，从而提供了显着减少制造时间和WIP的机会。这种快速测试时间的结果是对温度变化的敏感性更高，这主要归因于电池本身。采取适当的步骤，尽量减小测试过程中的温度变化，这可以进行缓解。如果在可比较的条件下正确执行自放电，则这两种方法都将产生可准确量化自放电的结果，并且彼此相关。
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