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自放电是锂离子电池的固有现象。正常的电池每月自放电率约为 1% 的荷电状态（SOC）。这一数值受电池温度、荷电状态以及电极材料影响，而异常的高自放电率则是电池存在缺陷的标志。

电池出现这类缺陷的原因可能包括：电极或电解液材料存在问题、电池内部混入有害金属杂质、隔膜出现故障，或是锂枝晶生长。这些缺陷的诱因涵盖生产工艺控制不当、电池过充过放，以及高温环境影响等。点击此处，查看一则关于自放电异常根因的趣味案例。

为实现高良率的优质生产流程，工厂会对自放电超标的电池进行筛选剔除。除自放电检测外，生产环节还会测量电池容量、内阻等其他性能参数，结合多项指标形成完整的电池优劣判定体系。

传统测量方法：开路电压差值法（delta-OCV）

测量电池自放电的常用方法是开路电压差值法。该方法的操作流程为：先用电压表测量电池的开路电压（OCV）；随后将电池置于恒温环境中储存（即 “老化” 过程）3-5 天，期间电池会发生自放电。

自放电会造成电池荷电状态下降，进而导致开路电压降低。老化阶段结束后，再次测量电池的开路电压。两次测量的开路电压差值通常仅有数毫伏。

行业内通常将 5 mV 设定为开路电压差值的判定阈值，以此区分合格与不合格电池。若电池的开路电压差值超过 5 mV，说明其老化后的荷电状态低于预期值，即电池在老化过程中出现了过度自放电。

图 1 为阐释电池自放电原理的简易模型。由于电池未外接任何负载或充电设备，外部端子无电流流入或流出，电池荷电状态不会通过外部回路发生变化。但电池内部存在一条经由自放电电阻（Rsd）形成的电流通路，该电阻会引发内部电流，造成内部电容（Cint）的电量损耗。

1.简易电池模型，展示内部电容（C_int）通过自放电电阻（R_sd）放电的电流通路。

需注意的是，在该模型中，用于存储电能的元件被等效为超大容量电容（C_int），其电容值可达数万甚至数十万法拉。当C_int通过R_sd释放电能时，电容两端电压下降，电池的开路电压也随之降低。由此可见，开路电压差值法本质上是通过测量电压变化，来表征C_int经R_sd自放电的程度。

开路电压差值法操作简便，但存在一个显著缺陷：需要长时间储存电池。在大规模量产场景下，5 天的电池储存周期意味着企业需要投入大量仓储空间，同时承担高额的库存持有成本。因此，行业亟需一种耗时远低于 3-5 天的检测方法，实现电池自放电的快速筛查。

测试技术的进步，让制造工艺工程师开始关注两种可实现快速自放电检测的方案：

• 利用电化学阻抗谱仪（又称电位仪）采集电池阻抗谱，并对数据进行分析解读。

• 使用专用设备 —— 自放电分析仪，直接测量电池自放电参数。

新型候选方法：电化学阻抗谱（EIS）

电化学阻抗谱仪的工作原理是：向电池施加正弦交流电流激励，同时测量电池的交流电压响应。在直流条件下，电压与电流的比值为电阻（R）；而在交流激励下，这一比值则为阻抗（Z）。仪器会对交流电流的频率进行扫频，在每个频率点采集对应的电压响应数据。通常扫频范围覆盖较宽的频率区间，例如 0.1 Hz 至 10 kHz。

为提升检测效率，部分方案会简化为仅在几个特定频率点进行测量，这种方式可降低仪器复杂度、节约成本，同时加快阻抗谱的测量速度。电化学阻抗谱技术的另一种变体是：向电池施加电流脉冲激励，再通过快速傅里叶变换（FFT）等数学算法，提取电池响应信号中的频率成分。

无论采用哪种激励方式，电化学阻抗谱技术的核心原理都是一致的：向电池施加不同频率的电流激励，测量电池在各频率下的电压响应。

完成激励施加与响应采集后，仪器会生成奈奎斯特图（Nyquist plot）—— 该图谱以阻抗实部为横轴，以阻抗虚部的相反数为纵轴绘制而成（见图 2 上半部分）。电化学阻抗谱仪的配套软件可根据扫频原始数据自动生成奈奎斯特图，这是表征电化学阻抗的常用方式。

2.  上图为某电池的奈奎斯特图，下图为基于该图谱生成的电池等效电路模型（ECM）。

奈奎斯特图的解读方法超出了本文的讨论范围，但其核心规律是：图谱的形态特征可反映电池的内部特性。点击此处，下载一份详解电化学阻抗谱在电池测试中应用的白皮书。

电池内部的不同物理化学过程，对应着不同的响应频率区间：

• 高频段：主要反映导线与电池结构的电感特性

• 中频段（100 Hz）：对应双电层充电过程；低频段（1-100 Hz）则对应电荷转移的电阻特性

• 低频段（<1 Hz）：可观测到电极材料的离子扩散过程

基于电化学阻抗谱数据与奈奎斯特图，工程师可借助等效电路建模技术，构建出电池的电气等效电路模型（ECM，见图 2 下半部分）。该模型能够清晰呈现电池的具体特性，例如内阻等关键参数。点击此处，查看一款可根据电化学阻抗谱数据生成等效电路模型的软件案例。

专用测量方法：自放电分析仪（SDA）

另一种自放电测量方案是使用专用设备 —— 自放电分析仪（SDA），该仪器专为电池自放电检测这一单一功能设计（见图 3）。其核心工作逻辑是：在电池发生自放电的同时，向电池补充微量充电电流，从而抵消自放电的影响，维持电池状态稳定。

3.  是德科技 BT2152B 型自放电分析仪可直接测量锂离子电池的自放电电流，无需等待数天以观测开路电压变化。

在测量过程中，自放电分析仪会通过电池外部端子输入精准的补偿电流，使电池的开路电压保持恒定（即恒电位模式）。仪器直接测量的补偿电流值，与图 1 模型中流经自放电电阻（R_sd）的自放电电流完全相等。采用这种方法，最短仅需 15 分钟即可完成一次自放电测量。

电化学阻抗谱（EIS）与自放电分析仪（SDA）的测量性能对比

电化学阻抗谱技术可用于深入分析电池内部的多种物理化学过程，例如电荷转移、双电层充电等。借助等效电路建模软件，还能构建出表征电池内部具体元件的等效电路模型。

但需要明确的是，采用常规电化学阻抗谱技术无法识别出自放电电阻（R_sd）。原因如下：电化学阻抗谱的核心是通过施加特定频率的电流激励，触发电池内部对应过程产生响应，等效电路模型通常由多个 RC 电路组成，这类电路属于谐振电路，每个 RC 电路都会在特定频率下产生响应。

而电池自放电是一个极其缓慢的过程，需要数天时间才能显现出可检测的变化。若要利用电化学阻抗谱技术捕捉自放电特性，并构建包含Rsd的等效电路模型，所需施加的激励信号频率必须极低。

从理论上分析，若要测量一个时长为 5 天（432000 秒）的自放电过程，激励信号的周期需达到 432000 秒，对应的频率仅为 2.3 微赫兹（μHz）。如此低的频率在实际测量中根本不具备可行性。

相比之下，自放电分析仪可在短短 15 分钟内完成测量，是检测电池自放电的实用方案。

尽管电化学阻抗谱技术不适用于自放电测量，但它仍是分析电池内部状态的强大工具。借助快速高效的电化学阻抗谱变体技术，结合人工智能 / 机器学习（AI/ML）软件进行数据分析，该技术可在生产环节实现电池优劣的快速筛选。

但如果将自放电电流列为电池的判定指标之一，则不能单独依靠电化学阻抗谱技术。此时，生产测试流程需要同时整合自放电分析仪与电化学阻抗谱仪两种设备。

关键词： 自放电测量 锂离子电池 电化学阻抗谱 自放电分析仪