自己放電の激しいリチウムイオン電池セルを見分ける方法

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自己放電が過度にあるセルを特定する

高自己放電の検出は、安定した電気的および熱的条件下で、休止状態のリチウムイオン電池の自己放電電流を直接測定することから始まります。ポテンショスタティック法では、まず低ノイズの直流電源を、電池の開回路電圧（OCV）にほぼ一致するように調整します。次に、この電源を低電流測定経路を介してセルに接続し、セルを実質的に一定の電圧および充電状態（SOC）に維持する。内部での自己放電が続く中、外部電源はセル内で失われている電荷を補うために必要な電流を供給する。電源とセルが平衡状態に近づいた後、この外部から供給される電流がセルの自己放電電流となる。高い自己放電の検出においては、各セルが最終的な平衡値に達するのを待つのではなく、セル群全体にわたって個々のセルの電流-時間特性を比較することができます。異常なほど高いリーク電流を持つセルは、測定の初期段階で正常なセル群から分離し始めるため、直接的な自己放電電流の測定はバッテリーセルのスクリーニングに適しています。直接的な電流測定により、電荷が失われる速度という、別の観測可能な指標が得られます。

リチウムイオンセルの自己放電を確実にスクリーニングするには、セルの最終的な自己放電レベルとは無関係な過渡電流や変動電流を引き起こす要因を制御することも必要です。セル内部の構造全体で電荷が平衡状態に達するまで、セル内部での電荷の再分布が続くため、充電または放電後はセルを十分に休ませる必要があります。セルが十分に休止していない場合、当初はセルへの流入または流出電流が生じ、その後指数関数的に減衰することがあり、初期の測定データの解釈に影響を与える可能性があります。温度も測定上の変数の一つです。リチウムイオンセルの電圧は、摂氏1度あたり数十マイクロボルトも変化する可能性があるためです。充電状態（SOC）も試験に影響を与えます。リチウムイオンの自己放電はSOCが低いと大幅に減少し、測定が困難になるためです。したがって、電池セルのスクリーニングでは、エンジニアは電流、セル電圧、温度を継続的に監視し、これらのパラメータを踏まえて異常な電流挙動を評価する必要があります。また、プログラム可能な直列抵抗を使用することで、測定の安定化時間と、温度変化などの外部要因に対する感度とのバランスを調整することも可能です。複数のセルを同等の条件下で測定した場合、それらの電流対時間トレースから、自己放電挙動の集団レベルでの傾向を把握することができます。

自己放電の多いセルの検出ソリューション

制御された定電位条件下で複数のリチウムイオンセルを測定し、その電流-時間特性を比較することで、正常な群から外れるセルを特定し、高自己放電の検出を行います。キーサイトの自己放電アナライザは、自己放電電流の直接測定用に設計されており、最大32個のセルを同時に測定できるため、バッテリーセルの並列スクリーニングに対応しています。自己放電解析ソフトウェアは、複数のリチウムイオンセルにわたる測定の設定および解析を行うための対話型グラフィカルインターフェースを提供します。文書化された16セルの試験では、過度の自己放電を示す3つのセルが、数分以内に主要な集団から明らかに分離しました。このマルチトレース解析により、すべてのセルが必ずしも最終的な平衡電流に達する前に、高い自己放電を検出することが可能になります。また、電圧および温度の測定値を継続的に記録することで、リチウムイオン電池の試験中に生じる過渡的な変動や環境要因による変動を解釈するための背景情報を提供します。

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