锂离子电池开路电压与带电量对应关系分析

锂离子电池开路电压与带 电量对应关系分析
2010-04-09
目的
1、测试AY体系锂离子电池开路电压与带电量的关系，了
解放电截止瞬间电压与开路电压的差别 2、了解充、放电电流大小对电池充放电截止瞬间电压 与开路电压差异的影响
内容


1. 定义 2. 试验设计及步骤 3. 试验设备及环境 4. 电芯选择 5. 电芯开路电压与带电量对应关系分析 6. 充放电电流大小对放电截止瞬间电压与 开路电压差异的影响
电压/V
不同电流充电曲线
电压/V
不同电流放电曲线
4.30 4.20 4.10 4.00 3.90 3.80 3.70 3.60 3.50 3.40 3.30 3.20 3.10 3.00 0.00%
49.8%
60.4%
4.30 4.20 4.10 4.00 3.90 3.80 3.70 3.60 3.50 3.40 3.30 3.20 3.10 3.00
7#
8# 9# 10#
13-5#
13-6# 19-1# 19-3#
32
31 32 31
1540
1526 1521 1521
1419
1407 1411 1413
92.1%
92.2% 92.8% 92.9%
11#
12# 13# 14#
19-5#
19-8# 03-2# 04-4#
31
32 31 31
1522
7#
8# 9# 109-1# 19-3# 19-5# 19-8#
50%
60% 70% 80% 90% 100%
3.8188
3.8696 3.9400 4.0094 4.1055 4.1973
3.8206
3.8777 3.9453 4.0107 4.1062 4.1948
2. 试验设计及步骤
2.1 取生产A品电池504560AY/1450mAh（1月初入库电芯），以0.5C电 流（一般客户需求）进行充放电测试，一、一记录放电容量，选取 平台比（平台容量/放电容量）接近的14PCS电芯作为试验电池。 2.2 将其中前12PCS电芯充电至满电状态，以初始0.5C电量作为基准，将 每只电芯分别放电至不同的带电状态，具体设置过程以1#电芯为例： 放电0%搁置30min→放电5%搁置30min →放电10%搁置30min →放电 20%搁置30min ……依次类推，直至放电电压为3.0V，记录电芯放电 截止瞬间、搁置30min后的电压，标识为A组。 2.3 将上述12PCS电芯再充至满电状态，以初始0.5C电量作为基准，分别 放出不同电量：1#放电0%后搁置12h，2#放电5%后搁置12h，3#放电 10%后搁置12h，4#放电20%后搁置12h……依次类推，直至放电至 3.0V，记录电芯放电截止瞬间、搁置30min、12h后的电压，标识为B组。 2.4 将剩余2PCS电芯分别以0.05C、0.5C进行充放电测试
充放电电流越大，充放电截止瞬间电压与开路电压间的差异越大。
1521 1530 1529
1407
1407 1421 1425
92.4%
92.5% 92.9% 93.2%
小结：试验中选择内阻接近的电芯作为测试样品，由于材质相同的情况下，内 对放电平台影响较大，故试验中将平台比、外部测得的阻值作电芯选择的因素。
5.电芯开路电压与带电量对应关系分析
5.1 电压与带电量对应关系（详细数据）
小结： 满电态电芯在3.0V-4.2V测试电压范围内，达到相同的放电深度后： 1）A组与B组电芯静置30min后的电压（开路电压）数值相近； 2）放电截止瞬间电压低于开路电压，初始电压偏差较大，数值在0.25V左右，其 余差值在0.1V以下，这是由于电池在充放电过程中产生的极化内阻分压所致。
5.2 搁置时间对开路电压的影响
放电截止瞬间电压与开路电压差异
2.95 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 带电量
(0.05) 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% A组电压变化 B组电压变化
A组放电截止瞬间电压 B组放电截止瞬间电压
A组静置30min后电压 B组静置30min后电压
带电量
0.0018
0.0081 0.0053 0.0013 0.0007 -0.0025
备注：以上测试是将不同放电深度的电芯搁置12h,分别记录30min及12h的 电压数值。
5.2 搁置时间对开路电压的影响
静置时间对开路电压影响曲线
4.50 4.25 0.04
电压/V
3.75 3.50 3.25 3.00 0% 20% 40% 60% 80% 100%
总结
AY体系电芯在3.0V-4.2V测试电压范围内，达到相同的放电深度后， 开路电压数值接近，同时由于电池在充放电过程中极化内阻的存在， 放电截止瞬间电压低于开路电压，充电截止电压高于开路电压，静 置30min后，电压差值在0.1V以下。
满电态电芯在3.0V-4.2V测试电压范围内，达到相同的放电深度后， 静置30min及12h后开路电压差异在0.01V以下。
100.00% 容量百分比
25.1%
34.4%
20.00%
0.05C
40.00%
60.00%
0.5C
80.00%
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
容量保持率
0.05C
0.5C
小结： 如上图显示，当充放电电流为0.05C时，充电至3.9V时充入60.4%的电量，理论上在3.9V时应该有60.4% 的带电量，但放电曲线显示3.9V时放出容量34.4%，即带电量为65.6%，存在5%左右的偏差；当充放电 电流为0.5C时，充电至3.9V时充入49.8%的电量，理论上在3.9V时应该有49.8%的带电量，但放电曲线 显示3.9V时放出容量25.1%，即带电量为74.9%，存在25%左右的偏差。 说明在充放电过程中由于极化内阻的存在，充放电截止瞬间电压与实际电压（开路电压）间存在偏差， 且充放电电流越大，偏差越大。
剩余容量百 分比 A组 （12PCS只电芯连续测试后取平均值） 放电截止瞬间 2.9933 3.6184 3.6400 3.6732 3.7000 3.7252 3.7610 3.8047 3.8662 3.9407 4.0334 4.2005 静置30min后 3.2398 3.6890 3.7092 3.7450 3.7754 3.7955 3.8259 3.8779 3.9497 4.0149 4.0992 4.1953 ΔV 0.2465 0.0706 0.0692 0.0718 0.0754 0.0703 0.0649 0.0732 0.0835 0.0742 0.0658 -0.0052 B组 （12PCS不同电芯同时测试） 放电截止瞬 间 2.9994 3.5661 3.6142 3.6883 3.7031 3.7279 3.7478 3.7999 3.8454 3.9341 4.0417 4.2001 静置30min后 3.2079 3.6616 3.7053 3.7655 3.7803 3.8017 3.8188 3.8696 3.9400 4.0094 4.1055 4.1973 ΔV 0.2085 0.0955 0.0911 0.0772 0.0772 0.0738 0.0710 0.0697 0.0946 0.0753 0.0638 -0.0028
电芯编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 测试通道 09-3# 09-7# 12-1# 12-2# 12-8# 13-1# 剩余容量百分 比 0% 5% 10% 20% 30% 40% B组 （12PCS不同电芯同时测试） 静置30min后 3.2079 3.6616 3.7053 3.7655 3.7803 3.8017 静置12h后 3.2370 3.6715 3.7096 3.7701 3.7875 3.8045 ΔV 0.0291 0.0099 0.0043 0.0046 0.0072 0.0028
备注：以上测试电压范围均为4.2V-3.0V
3. 试验环境及设备
室温条件，新威5V3A测试柜 ，RS-VR3电池内阻测试仪 测试时间：2010.03.29-2010.04.03
4. 电芯选择
序号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 测试通道 09-3# 09-7# 12-1# 12-2# 12-8# 13-1# 内阻/mΩ 31 31 31 31 31 31 0.5C容量/mAh 1522 1538 1503 1497 1502 1514 平台容量/mAh 1406 1419 1407 1402 1397 1398 平台比 92.4% 92.3% 93.6% 93.6% 93.0% 92.3%
B组静置30min B组静置12h
0.01
(0.01) 120%
电压差 带电量
小结： 满电态电芯在3.0V-4.2V测试电压范围内，达到相同的放电深度后，静置30min及 12h后开路电压差异，除带电量为0时偏差较大外，其余在0.01V以下。
电压差/V
4.00
0.03
6. 充放电电流大小对充放电截止瞬间电压与开路电压差异影响
1. 定义

开路电压 开路电压是指外电路没有电流流过，电池达到平衡时正、负极之间的电 位差。 放电深度（ Depth of discharge DOD ） 放电深度指在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比 称为放电深度。 锂离子电池充放电总反应： 充电—> LiMO2 + nC ======= Li1-xMO2 + LixCn <--放电 如果电池正、负极的材料完全一样，当电池的放电深度（DOD）相 同时，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，其开路电压 都一样的。