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Chroma高精密量测解决方案：改善锂离子电池芯非侵入性劣化分析效率

2024-07-09 11:30:22·  来源：Chroma销售服务中心  
　

17208M-5-12C高精度充放电测试机




何谓非侵入性分析


锂离子电池芯劣化分析可归纳为侵入性(invasive)与非侵入性(non-invasive)分析，其中非侵入性分析具备以下优势: (1)电池劣化的证据可被完整保留；(2)最大化降低外界因子对电池状态的影响而新增变异；(3)可透过特定的量测仪器设备辨证已知的电池参数，并系统化归类电池老化机理。因此，无论是在电池材料性能的评价、电池选型或电池劣化研究，皆被广泛采用并获得丰硕的成果。


典型的非侵入性劣化分析方法：差分电压-增量分析(DV-ICA)


差分电压(DV)与增量容量(IC)是常被用来进行非侵入性的电池劣化机制手法之一。最常见的实施方法是在特定的循环老化次数后穿插DV-IC的劣化分析测试，并透过极低速率的充放电流(~C/25)将极化效应最小化以获得近似理想的OCV-Q关系，并藉由一阶微分来绘制出DV及IC曲线，如下图一曲线及特征峰会随着电池老化的程度而产生偏移，对于 X-Y轴参数的偏移程度可被用来衡量电池劣化，也就是锂离子存量损失(LLI)与活性材料损失(LAM)的程度，进而推估潜在的老化机制，如下表一[4]。此外，由于高精密的DV曲线可以有效识别全电池中正负电极在特定电位相变化，借此来推断正极与负极的劣化状态，无须使用参考电极来辨证。


▲图一、电池在不同循环充放电次数下DVA曲线变化示意图


▲表一、IC-DV 曲线的变化与对应的劣化指标、潜在的老化机制和相关的效应之间的关系


使用差分电压-增量分析(DV-ICA)的挑战


要高效率地取得精密的DV-IC曲线必须克服以下挑战：


  1. 目前的充放电设备缺乏较高的电压和电流精度和准确度。

  2. 必须透过平滑算法清楚地辨识DV-IC曲线及其特征峰，且存在数据过度修 改和失真的风险。

  3. 针对不同材料体系电池创建平滑算法非常耗时。

Chroma的解决方案

若要最简易又快速地解决上述所面临的问题，最好的方式就是采用高精确度量测设备，除了让电流全程输出稳定，确保长时间电压与电流量测具备超高质量精准度，更要最大化降低温度与内部量测噪声的影响，以获得清晰可辨的DV-IC曲线及特征峰。Chroma 17010系列为此应用推出全新Model 17208M-5-12C超高精度充放电机，其量测精密度最高达<±0.001% of F.S.，为电池劣化评估提供更精准且有效率的解决方案。


▲17208M-5-12C DV-IC曲线图实测结果


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