我們的電池安全、耐用、可靠嗎？從手機電池安全事件到波音 787 電池事件，人們前所 未有地在關注電池問題。的確，巨大的移動數碼和通信設備的需求、電動工具的快速發展， 電動汽車和節能環保對大容量電池的需求，使整個電池行業欣欣向榮。但鋰電池充電時產生 的枝晶會使電池短路，目前尚未徹底解決其安全問題。如何通過嚴格可靠的測試，控制并保 證鋰電池的安全運行并提升其工作壽命，不僅是從事鋰電池開發和生產的工程師面對的挑戰， 也同樣是對產品設計工程師在選用電池和設計產品用電特性時，需要充分考慮的問題。艾德 克斯 IT6412 的鋰電池安全測試方案，可以從循環充放電、保護性能以及電池保護板性能等 各個方面測試便攜式以及可穿戴設備的鋰電池，既安全又高效。

一、枝晶效應

鋰電池是通過鋰離子的傳遞來完成充放電的。如圖一所示，鋰離子電池由正極，負極， 隔膜，電解質組成。現在鋰聚合物電池常使用高分子膠體取代常規液體電解質，比傳統鋰離 子電池更輕薄，能量密度更高，安全性更好。

鋰離子電池的充電和放電可以通過嵌入和脫嵌兩個過程來完成（如圖二所示），在放電 時，鋰離子從正極材料中移出至電解液，再像水進入海綿一樣的進入到負極材料，這個過程 被稱為脫嵌。而在充電狀態下這個過程則相反，稱之為入嵌 。上圖中左為鋰電池的入嵌過程， 右為脫嵌過程。

所謂枝晶效應，就是在充電過程中，鋰離子從正極脫嵌，穿越隔膜，跳進電解液后，在 充電器給予的外電場作用下向負極運動，依次進入石墨組成的負極，在負極表面形成碳鋰化 合物。當充電速度過快時，鋰離子還來不及鉆進負極的小洞穴，就在負極附近的電解液中聚 集起來，一些靠近碳負極的鋰離子就會與電子結合，從而變成金屬鋰。如此這般，時間一長， 金屬鋰就會在負極堆積起來、形成像樹枝一樣的晶體，大家習慣地稱呼這種樹枝狀晶體為“枝 晶”。 那么，出現枝晶的后果是，枝晶大到一定程度會刺穿正負極之間的隔膜，一旦刺穿，電 池會立即短路，輕者電池報廢了事，重者發生爆炸。

二、IT6412 的充放電安全測試保障電池壽命

鋰離子電池充電分為三個階段（如圖所示）：

一、預充電階段：小電流預充電；

二、 電流控制階段：達到最小充電電壓后，以額定電流恒流充電；

三、電壓控制和充電結束階段： 當電池兩端電壓接近控制電壓時改為恒壓充電。通常當充電電流降為 1/10C(典型值 80mA) 時，認為接近充滿，可以終止充電。

鋰離子電池充電要求保證終止電壓精度在 1%之內。鋰電池的放電測試則需要電池在不同的溫度下進行電池放電試驗，觀察電池變化，記錄電池的容量。小功率鋰電子尤其適合如 圖三所示的線性充電，待充電電池的電壓往往在 3V-4.2V 之間，電流通常在 0~2A 之間，艾德克斯 IT6412 精度高，響應速度快，尤其適合小功率鋰電池的充放電測試。

艾德克斯IT6412是一款專為便攜式電池測試設計的雙極性電源，電流可實現正負極變化， 具有獨特的電池充放電模式，可觀測電池的電壓、電流和電池已充電容量。不僅如此，IT6412 還有示波功能，用戶可通過外部存儲設備，清晰、便捷的保存當前電池放電的曲線。

三、測試鋰電池保護板

鋰電池保護板是對串聯鋰電池組的充放電保護，保護電池不過放、不過充、不過流，還 有就是輸出短路保護。IT6412 因其獨特的電流雙極性設計，另有可設置 0~1Ω 可變的輸出 阻抗，因此可以模擬鋰電池用以測試鋰電池保護板性能。

鋰電池保護板對測試設備的精度要求極高，如過充電壓保護測試，需要模擬電芯的電壓 精度到達幾個 mV。保護電路板的空耗電流也僅有幾個 uA 。同樣，響應時間也是電池保護板 測試的重要指標。

四、總結

艾德克斯 IT6412 雙極性高速線性直流電源不僅可以測試電池，還可以模擬電池，超快 的動態響應可以測試保護動作時間，同時具有快速的 A/D 采樣，并且電流顯示解析度可達 100nA，完全滿足微安級別的空耗電流測試要求。一臺儀器可實現多種用途， 精簡測試設 備，優化測試流程。