电池自放电原理
(网络配图 请勿当真)
一、摘要
理论上，自放电池在未连接负荷的电池电原状态下应保持稳定，不会发生化学反应。自放然而，电池电原实际应用中，自放诸如干电池等常见电池存在内部化学反应。电池电原也就是自放说，即便电极间没有连接，电池电原电池内部的自放化学成分仍会发生微量反应。人们普遍认为电流的电池电原流动仅依赖于外部电路，其实还有许多因素影响电池性能，自放比如电解液的电池电原降解和泄漏，而电池内部的自放自我反应是最为显著的因素。这些内部反应不仅消耗电池的电池电原存储电能，也导致电池容量的逐步降低，这种现象被称为自放电。
二、为什么会有自放电？
自放电的原因可以归纳为以下几点：
1）长期存放的蓄电池中，硫酸溶液会因为重力下沉，导致极板间的电位差异，从而引发自放电现象。溢出的电解液在电池表面聚集，正负极形成电流通路。
2）电解液和极板材料的不纯净导致杂质间及其与极板间产生电位差，进而通过电解液发生局部放电。
3）极板的活性物质剥落，过度沉积导致短路，最后造成电解液分层，从而加剧了自放电。
2.2物理因素
电池在断电状态下的电量损失，主要源自内部电化学物质的损耗与短路现象。材料的损失是不可逆的，而短路引起的功率损耗则是可逆的。两者之和便是自放电的总量。
2.2.1电化学材料的副反应主要涉及正极与负极材料以及电解液。正极材料与电解液的微反应会导致不可逆的结构损伤，从而损失电池容量和功率。负极材料如石墨则与电解液的反应会产生SEI膜，该膜虽可阻止激烈反应，但其自身缺陷仍导致副反应，进一步损耗电池容量。
2.2.2电池的生产过程中难免会引入杂质，这些杂质可能导致轻微短路，削弱电池的放电能力。在使用早期表现为轻微的自放电，但随着时间推移，可能转化为严重的短路现象，因此在适当的实验室环境下对电池进行自放电测试是必要的。
2.2.3 SEI膜本应阻隔电子，仅允许锂离子通过，若其质量出现缺陷，则会影响电池性能及寿命。老化的SEI膜会增大负极与电解液之间的接触面积，从而加速副反应。提高SEI膜质量是降低自放电率的有效途径之一。
2.3目标因素
电池的自放电率因环境条件、使用阶段和电池状态而异，以下是主要影响因素：
2.3.1温度：温度上升会提升电化学材料的活性，从而加剧反应，并导致更大规模的容量损失。
2.3.2充电状态：充电量增加会导致自放电率提升，具体表现在正极和负极电位之间的关系，正极动能增强，副反应随之增强。
2.3.3时间：在相同的放电功率下，时间越长自放电损耗越重，这使得自放电成为评估电池质量的重要指标。
三、自放电试验
3.1测试自放电率的目的
测试自放电率的价值体现在多个方面：作为电池质量的检测标准，通过对比不同厂家的自放电率来评估产品质量；用于电池分组的标准，确保电池组内的一致性；作为产品质量控制的重要指标，过高的自放电率通常意味着产品质量存在缺陷；此外，自放电率还可作为电池老化程度的衡量指标。
3.2试验方法
常见的自放电测试方法是记录一段时间内的电池电量变化，计算自放电率。该过程耗时长，通常用于产品认证及抽样检验。相对而言，基于电池开路电压的测量，通过电池电量低时的电压变化观察自放电率，显示出更高的效率。
3.3测试自放电的作用
测试有助于评估电池的潜在问题：在同一批中，若某一电池的自放电显著高于其他，则可能因杂质而产生短路，导致长期内性能下降；对组装电池而言，K值的差异可能因自放电不均而导致电池组内部的不平衡，影响整体性能；最后，了解自放电程度能帮助设置适宜的出厂电压或容量，确保用户使用时的安全与可靠。
四、典型电池自放电分析
自放电率与正极材料在电解液中的溶解性和热稳定性密切相关。充电电池的自放电率普遍高于原电池，例如锌碳电池在室温下每年自放电率低于2%。在储存过程中，自放电伴随内阻增升，负载能力下降，进而影响电能的有效利用。
典型电池的自放电率可参考如下表格：
电池系统 | 自放电估计 |
锌碳 | 2-3年保质期 |
金属锂 | 5年内10% |
铅酸 | 每月4-6% |
镍镉合金 | 每月15-20% |
碱性 | 每年2-3%（保质期7-10年） |
锂离子 | 24小时内5%，然后每月1-2%（安全电路加3%） |
例如，锂离子电池的自放电机制颇为复杂，其自放电率通常在每月2%-5%之间。主要的不可逆损失来源包括正极与电解质的反应、负极材料的氧化以及电解液中的杂质造成的副反应，这些都会显著影响电池的总体性能。
五、常见问题
1. 什么导致电池放电？
短路会引致过大的电流，迅速耗尽电池电量，应检查是否存在任何故障，如电路连接不良或发电机问题。
2. 什么是电池自放电？
电池自放电是指在没有负荷连接时，电池内部化学反应导致电量逐渐减少的现象。这是自然状态下的结果，无法完全避免。
3. 哪种电池的自放电率最高？
普通的镍镉和镍氢电池自放电率最高，每月可达25%，在使用前往往需要充电。
4. 如何计算电池自放电率？
可通过充电后测量其开路电压，并在无任何负载的状态下观察电压变化，较低的电压表明电池处于较低的充电状态。
5. 电池不用时会失去电吗？
健康电池中离子流动是持续的，即便不使用，电池随着时间仍会退化。测试表明，充满电的锂电池在正常储存的一年内可能会失去20%的容量。
应对电池自放电的有效建议
1、合理存放：确保将电池存放在阴凉、干燥的环境中，以降低自放电率，延长电池寿命。
2、定期检测：对电池进行定期的自放电率测试，及时发现电池性能劣化的趋势，进行必要的维护。
3、选择合适类型：根据自身使用需求选择自放电率较低的电池类型，以减少频繁充电的困扰。