關於鋰電池老化測試你需要知道什麼

2025 年 6 月 18 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

鋰電池老化步驟是鋰電池組測試的一部分，用於評估電池組隨時間推移的性能退化，確保其性能和使用壽命。這些測試在識別容量損失和內阻變化等關鍵問題方面發揮關鍵作用。透過分析超過 3 億個數據點，研究人員將老化機制（例如 SEI 膜生長）與電池效率和安全性聯繫起來，推動了技術進步。

關鍵要點

鋰電池老化測試模擬實際使用情況，以檢查電池隨時間推移的運作。這些測試可以發現諸如電量損失或電池內部變化等問題。
進行老化測試可以顯著延長電池的使用壽命。例如，使用變化放電模式可以比使用穩定放電模式延長電池的使用壽命 38%。
在測試過程中，注意電池的電量保持情況以及電池內部的變化等重要資訊至關重要。這些資訊有助於製造更優質的電池，並確保其安全可靠。

第一部分：鋰電池老化測試概述

1.1 電池組老化測試的目的

老化測試是評估鋰電池組性能和壽命的基石。這些測試模擬真實環境條件，例如循環充放電測試，以評估電池性能隨時間推移的衰減。透過這些評估，您可以識別容量損失、內阻變化和熱不穩定性等關鍵問題。例如，研究表明，與恆定流放電曲線相比，動態放電曲線可將電池壽命延長高達 38%。這凸顯了真實測試條件對於改善電池健康和性能的重要性。

這些測試的目的不僅限於診斷，還有助於預測未來性能並優化電池設計。例如，結構化方法包括在受控環境下選擇電池、進行初始特性分析、監控和壓力測試。此過程可確保電池符合安全性和可靠性標準，同時兼顧性能、壽命和成本之間的平衡。

1.2 老化測試在電池組開發中的重要性

在電池組開發中，老化測試不可或缺。它們可以幫助您評估電池在各種條件下的性能，例如高溫老化測試或低溫老化測試。這些測試可以深入了解容量衰減、熱穩定性和退化模式。例如，研究表明，溫度梯度會導致不同的退化模式，從而顯著影響電池壽命。了解這些影響對於設計高效耐用的電池組至關重要。

透過模擬長期使用，老化測試可協助您優化電池設計，確保可靠性和穩定性。電流、電壓和溫度等參數經過精心控制，以評估容量衰減率和整體性能。這種數據驅動的方法使製造商能夠針對實際應用優化電池組，確保其符合行業標準和消費者期望。

1.3 老化測試評估的關鍵指標

進行電池老化測試時，您需要監控特定指標來評估效能和退化程度。關鍵指標包括最大充電狀態 (SoC)、放電深度 (DoD)、充電電流和放電電流。這些指標會影響電池的壽命、熱穩定性和整體效率。例如，放電深度直接影響循環壽命，而充電和放電電流則會影響化學穩定性和熱穩定性。

此外，容量衰減測試和內阻測量對於了解電池健康狀況至關重要。透過分析這些指標，您可以識別效能和效能下降的趨勢，從而更好地進行電池設計和品質保證決策。這種全面的分析可確保電池即使在嚴苛的條件下也能滿足安全和性能要求。

第二部分：測試鋰離子電池老化的常用方法

2.1 循環充放電測試

循環充放電測試是測試鋰離子電池老化最有效的方法之一。該方法包括在受控條件下反覆對電池進行充電和放電，以模擬實際使用情況。透過這種方式，您可以評估電池效能隨時間的變化。此過程有助於識別容量損失、內阻增加和熱不穩定性等關鍵因素。

放電深度 (DoD) 在決定電池循環壽命方面起著重要作用。例如，80% 放電深度的電池通常比 100% 放電深度的電池壽命更長。下表列出了不同類型電池在不同放電深度下的循環壽命：

該方法為了解電池健康狀況和優化性能提供了寶貴的數據。透過分析結果，您可以改進電池設計並延長其使用壽命。

2.2 高低溫壓力測試

高低溫壓力測試評估電池在極端溫度條件下的性能。此方法對於確定熱穩定性和安全邊界至關重要。在這些測試中，您需要將電池暴露在高溫和低溫下，以觀察其行為並測量產熱率。

例如，實驗表明，在200秒內，電池和周圍環境的溫度會顯著上升。這凸顯了電池在壓力下的熱行為。下表總結了關鍵的觀察結果：

實驗條件	評論	啟示
熱失控風險	計算釋放的總熱量	指示與溫度升高相關的安全邊界和風險
200秒時的溫度分析	電池和周圍環境溫度升高	強調應力條件下的熱行為

此外，產熱速率會隨溫度變化。下表提供了這種變化的相關資訊：

溫度範圍	產熱率	評論
10°C至60℃，	隨溫度降低而升高	即使在高放電率下也具有顯著的可逆熱率
5C和55°C	總熱耗的7.4%	在苛刻條件下表現出色

透過進行高溫老化測試和低溫老化測試，您可以確保電池符合安全標準並在各種環境下可靠運作。

2.3 鋰離子電池容量測試

容量測試鋰離子電池測量電池能夠儲存和釋放的電量。此方法對於評估效能下降和識別容量衰減趨勢至關重要。在此測試中，您可以監測電阻和電荷轉移速率等參數，以評估電池的健康狀況。

下表概述了關鍵阻力參數及其對降解的影響：

阻力參數	產品說明	對退化的影響
R0	接觸損失和電解質離子電導率降低	增加表示降解
R1	與陽極固體電解質界面（SEI）相關的電阻	表示高頻下的性能下降
R2	與電化學反應速率相關的電荷轉移電阻	顆粒破裂導致電極材料損失

此分析可協助您了解SEI膜生長和顆粒裂縫等因素如何影響電池性能。透過將容量衰減測試納入評估流程，您可以優化電池設計並延長其使用壽命。

第 3 部分：老化測試期間需要監測的因素

3.1 容量保持和衰減

在老化測試期間，監測容量保持率對於評估電池健康狀況至關重要。您需要測量電池在一段時間內能夠儲存和釋放的電量。容量衰減通常由化學變化引起，例如固體電解質界面 (SEI) 的生長，這會影響電池維持穩定性能的能力。例如，經過老化測試的電池已顯示出恢復了高達 52% 的先前觀察到的容量損失，這凸顯了追蹤這些變化的重要性。

不同的測試方法在評估容量保持率方面各有優勢。下表總結了這些方法：

測試方法	優點
電壓	反映充電狀態但不反映健康狀態。
歐姆測試	識別內部電阻問題，表示電池壽命可能結束。
全週期	提供準確的容量讀數，但耗時且會對電池造成壓力。
快速檢測	使用先進的技術進行快速評估，但需要複雜的軟體。
BMS	監測關鍵參數以有效評估充電狀態。
庫侖計數	提供滿載充電容量的即時讀數，但需要校準。
讀取並充電	利用專有演算法來獲得準確的充電狀態讀數。
索利	根據總輸送庫侖估算電池壽命，適用於各種應用。

透過選擇合適的方法，可以優化鋰電池組的老化步驟，確保準確的容量監控。

3.2 內阻和電導率變化

內阻在決定電池性能方面起著至關重要的作用。在老化測試期間，您應該監測電導率變化和反應動力學，以了解電阻如何影響電荷轉移和擴散。在受控條件下測試的電池顯示，電阻的恢復率高達 66%，證明了這些參數的動態特性。

主要觀察結果包括：

與電荷轉移和擴散相關的反應動力學發生顯著變化。
老化測試期間，電阻增加量可恢復高達 66%。

使用萬用電錶等工具測試鋰離子電池的電阻，可以深入了解這些變化。這些數據有助於改進電池設計，並改進負載測試協議，以確保長期可靠性。

3.3 安全性能和熱穩定性

安全性能和熱穩定性是鋰電池老化測試中需要監控的關鍵因素。您需要評估電池在高溫或快速放電等應力條件下的性能。必須分析熱失控風險和產熱率，以確保符合安全標準。

例如，高溫測試表明，即使在高放電率下，電池也會產生大量熱量。這凸顯了監測熱穩定性以防止安全隱患的重要性。結合先進的監控系統，例如電池管理系統 (BMS)，可以幫助追蹤關鍵參數並有效降低風險。

透過關注這些因素，您可以確保電池符合行業標準，同時保持最佳性能和安全性。

鋰電池老化測試對於確保安全性、可靠性和效能至關重要。這些測試提供了有關容量衰減、電壓行為和內阻的關鍵信息，如下所示：

指標	產品說明
容量衰減	電池在多次循環中保持電量的能力逐漸降低。
電壓行為	監測充電和放電循環期間的電壓穩定性以評估內部化學變化。
內部阻力	阻礙電流流動；阻力增加會導致能量損失和效率降低。
循環壽命	容量明顯下降之前的充電/放電循環次數；表示使用壽命。
溫度靈敏度	評估溫度如何影響電池老化和效能。