CN104991195A - 锌银电池高温加速贮存试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锌银电池高温加速贮存试验方法，步骤101、将N块锌银电池单体按高温加速贮存温度分为四组，分别放入40℃、50℃、60℃、70℃的恒温烘箱内；每隔时间T后取出锌银电池单体进行放电，绘制在不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量随时间的变化图；计算不同贮存温度下单体放电容量的衰减率；步骤102、以不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量的衰减率为寿命特征K，拟合寿命特征K对数对于热力学温度倒数的线性函数；步骤103、计算出该型锌银电池不同贮存温度相对于常温的加速因子；步骤104、计算对应常温贮存时间的高温加速贮存时间，通过锌银电池高温短时间贮存来模拟常温长时间贮存后的状态。

Description

锌银电池高温加速贮存试验方法

技术领域

本发明涉及锌银电池技术领域，特别是涉及一种锌银电池高温加速贮存试验方法。

背景技术

由于锌银电池具有比能量高，比功率大，可大电流放电，放电电压平稳，电压精度高，可靠性、安全性好等特点，被广泛应用于各领域。锌银电池是一种化学电源，以银的氧化物为正极，锌为负极，氢氧化钾水溶液为电解液。在干贮存期间，锌银电池会出现失去容量、电压降低等性能下降的现象。而锌银电池在干贮存期间性能下降的主要原因是银电极中过氧化银的分解、锌电极的氧化和隔膜的老化。

通常研究锌银电池干贮存期的方法是：将各种不同干贮存期的电池按使用技术条件放电，然后将所测得的数据与同批次产品出厂试验所测得数据进行分析比较，得出年均变化量，从而推测电池的贮存寿命。在确定新设计电池的寿命时，一般是采用已贮存若干年的其他电池测试数据，或采用成熟的材料与工艺来设计、生产电池，然后根据现有数据来推断新出厂电池的贮存寿命。该方法存在研究周期长，难以付诸实施、考察试验量大，数据难以积累等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种锌银电池高温加速贮存试验方法；该实验方法通过建立锌银电池加速贮存的试验方法，可以评估锌银电池贮存后性能的变化，并预估锌银电池的干态贮存期。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种锌银电池高温加速贮存试验方法，包括如下步骤：

步骤101、选取N块锌银电池单体，每块锌银电池单体的初始放电容量为10Ah；首先将N块锌银电池单体按高温加速贮存温度分为四组，然后将四组锌银电池分别放入40℃、50℃、60℃和70℃的恒温烘箱内；随后每隔时间t后取出部分锌银电池单体进行放电，并绘制在不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量随时间的变化图；最后计算出不同贮存温度下单体放电容量的衰减率；衰减率计算公式为：

$K=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{C_0-C_i}{t_i}\right)$

其中C₀为电池初始放电容量，C_i为电池贮存t_i时间后的放电容量；K为衰减率；

步骤102、以不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量的衰减率为寿命特征K，拟合寿命特征K对数对于热力学温度倒数的线性函数，得出斜率b值；

步骤103、按加速因子计算公式，得出不同贮存温度相对于常温的加速因子τ_T1，加速因子计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_{T_1}=e^{\[b(\frac{1}{T}-\frac{1}{T_0})\]}$

其中T0为常温对应的热力学温度(298.15K)，T1为加速贮存温度对应的热力学温度；

步骤104、根据加速因子计算该型锌银电池对应常温贮存时间的高温加速贮存时间；

计算公式为S₁＝S₀/τ_T1

其中S₁为T₁温度下的贮存时间，S₀为常温贮存时间；

通过锌银电池高温短时间贮存来模拟常温长时间贮存后的状态。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明提供的实验方法采用一定数量(N)的锌银电池单体即可进行试验，试验方法简单、高效。

2、本发明提供的方法可以模拟电池在长时间贮存过程中性能的衰减。

3、本发明提供的方法可以缩短评估锌银电池贮存性能的试验时间，预估锌银电池的干贮存期。

附图说明：

图1为不同贮存温度下单体平均放电容量随时间变化图；

图2为平均容量衰减率对数与温度倒数关系线性拟合图；

图3为某锌银电池不同贮存温度的加速因子；

图4为一组具体的实验结果图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图3，一种锌银电池高温加速贮存试验方法，包括如下步骤：

步骤101、选取N块锌银电池单体，每块锌银电池单体的初始放电容量为10Ah；首先将N块锌银电池单体按高温加速贮存温度分为四组，然后将四组锌银电池分别放入40℃、50℃、60℃和70℃的恒温烘箱内；随后每隔时间T后取出部分锌银电池单体进行放电，并绘制在不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量随时间的变化图，如图1所示；最后计算出不同贮存温度下单体放电容量的衰减率；衰减率计算公式为：

$K=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{C_0-C_i}{t_i}\right)$

其中C0为电池初始放电容量，Ci为电池贮存ti时间后的放电容量；K为衰减率；

步骤102、以不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量的衰减率为寿命特征K，拟合寿命特征K对数对于热力学温度倒数的线性函数，得出斜率b值；如图2所示；

步骤103、按加速因子计算公式，得出不同贮存温度相对于常温的加速因子τ_T1，

加速因子计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_{T_1}=e^{\[b(\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_0})\]}$

其中T₀为常温对应的热力学温度(298.15K)，T₁为加速贮存温度对应的热力学温度；如图3所示。

步骤104、根据加速因子计算该型锌银电池对应常温贮存时间的高温加速贮存时间。通过锌银电池高温短时间贮存来模拟常温长时间贮存后的状态。

例如某型锌银电池70℃相对常温加速因子为131，因此为模拟该型电池常温贮存3650天(10年)的状态，可以将该电池在70℃贮存28天即可(3650/131＝28)。

本发明的工作原理为：

1889年阿伦尼乌斯(Arrhenius)在研究温度对酸催化蔗糖水解转化反应的基础上总结出：某产品性能退化速率与激活能的指数成反比，与温度倒数的指数成反比：

$\frac{\∂M}{\∂t}=A\exp (-\frac{\mathrm{\Δ}E}{kT})$

式中：

——产品某特性值的退化量；——温度在t时的退化速率；k——玻耳兹曼常数△E——失效机理激活能；T——热力学温度；A——给定反应的特征常数。

两边取对数，令：a＝-lnA b＝ΔE/k

得：lnK＝a+b/T

式中：

K——性能退化率(如放电容量)；a、b——待定常数；T——热力学温度。

加速因子亦称加速系数，是加速寿命试验的一个重要参数。其定义为加大应力下产品的性能退化率K₁与正常应力作用下的性能退化率K₀之比：

τ＝K₁/K₀

式中：

τ——加速因子；K₁、K₀——不同贮存温度下的性能退化率。

对于阿伦尼乌斯模型，其加速因子为：

$\mathrm{\τ}=\frac{K_1}{K_0}=\frac{e^{a+\frac{b}{T_1}}}{e^{a+\frac{b}{T_0}}}=e^{b(\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_0})}$

根据加速因子和贮存时间之间的关系推导出公式

$\mathrm{\τ}=\frac{{\mathrm{\ξ}}_0}{{\mathrm{\ξ}}_1}=\frac{K_1}{K_0}$

即ξ₁＝ξ₀/τ

式中：

τ——加速因子；ξ₁、ξ₀——不同贮存温度下的贮存时间。

通过上式就可以根据某个温度下的加速因子和所需的常温贮存时间计算出该温度相对应的加速贮存时间。

为验证该方法的有效性，将某锌银电池单体常温贮存10年与70℃贮存28天的放电容量进行对比(根据图3所示该锌银电池70℃相对常温加速因子为131，即70℃贮存28天相当于常温贮存10年)，具体数据如图4所示。从图4数据可以看出，贮存10年的锌银电池组放电容量为8.4Ah，70℃贮存28天的单体放电容量为8.8Ah，偏差仅为4.5％。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种锌银电池高温加速贮存试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、选取N块锌银电池单体，每块锌银电池单体的初始放电容量为10Ah；首先将N块锌银电池单体按高温加速贮存温度分为四组，然后将四组锌银电池分别放入40℃、50℃、60℃和70℃的恒温烘箱内；随后每隔时间t后取出部分锌银电池单体进行放电，并绘制在不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量随时间的变化图；最后计算出不同贮存温度下单体放电容量的衰减率；衰减率计算公式为：

$K=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(\frac{C_0-C_i}{t_i}\right)$

其中C₀为电池初始放电容量，C_i为电池贮存ti时间后的放电容量；K为衰减率；

步骤102、以不同贮存温度下锌银电池单体平均放电容量的衰减率为寿命特征K，拟合寿命特征K对数对于热力学温度倒数的线性函数，得出斜率b值；

步骤103、按加速因子计算公式，得出不同贮存温度相对于常温的加速因子τ^T1，加速因子计算公式为：

${\mathrm{\τ}}_{T_1}=e^{\[b(\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_0})\]}$

其中T₀为常温对应的热力学温度(298.15K)，T₁为加速贮存温度对应的热力学温度；

步骤104、根据加速因子计算该型锌银电池对应常温贮存时间的高温加速贮存时间；

计算公式为S1＝S0/τ_T1

其中S1为T1温度下的贮存时间，S0为常温贮存时间；

通过锌银电池高温短时间贮存来模拟常温长时间贮存后的状态。