リチウムイオン電池セルの欠陥を検査する方法

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自己放電電流を用いたセルのスクリーニング

自己放電電流に基づくリチウムイオンセルのスクリーニングでは、異常な電流挙動を正常なセル群から区別できるように、電気的、熱的、および充電状態（SOC）の条件が同等の状態でセルを測定する必要があります。ポテンショスタティック法では、まず、各セルの開回路電圧（OCV）に厳密に一致するように、低ノイズで安定した直流電源を調整します。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）に維持します。セル内部の自己放電により電荷が失われ続けますが、外部電源が電流を供給することでその電荷を補充します。電源とセルが平衡状態に近づくにつれて、外部から供給される電流はセルの自己放電電流となります。リチウムイオンセルのスクリーニングにおいて、エンジニアはこの電流を複数のセル間で比較し、個々の電流対時間曲線が全体的な傾向とどのように関連しているかを観察することができます。持続的に高い自己放電を示すセルは、すべてのチャネルが最終的な平衡値に達する前に、正常に動作するセルから選別されます。一方、自己放電電流の直接測定では、時間の経過に伴う電荷損失を測定することができます。

この手法を電池の欠陥検出に適用する際には、測定条件を厳密に管理する必要があります。これは、セルや環境の挙動によって、最終的な自己放電電流とは無関係な過渡電流が生じる可能性があるためです。充電または放電後の電荷再分布は、定常状態に至るまでの挙動の一因となります。温度もまた重要な変数である。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の温度依存性を示すことがあり、セル電圧の変化は、測定される自己放電電流に相応の変動を引き起こす可能性がある。充電状態（SOC）もリチウムイオンセルの自己放電に影響を与える。SOCが低いと自己放電は大幅に減少し、測定が困難になる一方で、セルの電圧温度係数は一般的に増加するからである。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トレードオフを調整することができます。これらの変数を複数のチャネルにわたって一貫して制御することで、バッテリー製造時の集団ベースの試験データを用いて、過度の自己放電を示すセルを主要な集団から区別し、その後の技術解析のために、関連する電流、電圧、および温度の履歴を保持することができます。

リチウムイオン電池セル製造向けスクリーニングソリューション

同等のポテンショスタティック条件下で複数のリチウムイオンセルの自己放電電流を測定し、セル群全体との比較に基づいて各電流トレースを評価することで、スクリーニング試験を実施します。キーサイトの自己放電アナライザは、最大32チャネルの同時測定に対応しており、製造現場におけるリチウムイオンセルの並列スクリーニングを直接サポートします。サーミスタ測定ポートにより、試験中のセル温度を追跡できるほか、プログラム可能な直列抵抗により、定常到達時間や外部影響に対する感度を最適化することができます。内蔵のロギング機能により、測定開始後はセルの電圧、電流、温度が継続的に記録されます。自己放電解析ソフトウェアは、アナライザの設定や、得られたマルチセル測定結果の評価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。バッテリー製造試験の用途において、エンジニアは複数の電流波形を同時に表示し、主要な自己放電集団から逸脱するセルを特定することができます。

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