自放電是鋰離子電池的固有現象。正常的電池每月自放電率約為 1% 的荷電狀態（SOC）。這一數值受電池溫度、荷電狀態以及電極材料影響，而異常的高自放電率則是電池存在缺陷的標志。

電池出現這類缺陷的原因可能包括：電極或電解液材料存在問題、電池內部混入有害金屬雜質、隔膜出現故障，或是鋰枝晶生長。這些缺陷的誘因涵蓋生產工藝控制不當、電池過充過放，以及高溫環境影響等。點擊此處，查看一則關于自放電異常根因的趣味案例。

為實現高良率的優質生產流程，工廠會對自放電超標的電池進行篩選剔除。除自放電檢測外，生產環節還會測量電池容量、內阻等其他性能參數，結合多項指標形成完整的電池優劣判定體系。

傳統測量方法：開路電壓差值法（delta-OCV）

測量電池自放電的常用方法是開路電壓差值法。該方法的操作流程為：先用電壓表測量電池的開路電壓（OCV）；隨后將電池置于恒溫環境中儲存（即 “老化” 過程）3-5 天，期間電池會發生自放電。

自放電會造成電池荷電狀態下降，進而導致開路電壓降低。老化階段結束后，再次測量電池的開路電壓。兩次測量的開路電壓差值通常僅有數毫伏。

行業內通常將 5 mV 設定為開路電壓差值的判定閾值，以此區分合格與不合格電池。若電池的開路電壓差值超過 5 mV，說明其老化后的荷電狀態低于預期值，即電池在老化過程中出現了過度自放電。

圖 1 為闡釋電池自放電原理的簡易模型。由于電池未外接任何負載或充電設備，外部端子無電流流入或流出，電池荷電狀態不會通過外部回路發生變化。但電池內部存在一條經由自放電電阻（Rsd）形成的電流通路，該電阻會引發內部電流，造成內部電容（Cint）的電量損耗。

1.簡易電池模型，展示內部電容（C_int）通過自放電電阻（R_sd）放電的電流通路。

需注意的是，在該模型中，用于存儲電能的元件被等效為超大容量電容（C_int），其電容值可達數萬甚至數十萬法拉。當C_int通過R_sd釋放電能時，電容兩端電壓下降，電池的開路電壓也隨之降低。由此可見，開路電壓差值法本質上是通過測量電壓變化，來表征C_int經R_sd自放電的程度。

開路電壓差值法操作簡便，但存在一個顯著缺陷：需要長時間儲存電池。在大規模量產場景下，5 天的電池儲存周期意味著企業需要投入大量倉儲空間，同時承擔高額的庫存持有成本。因此，行業亟需一種耗時遠低于 3-5 天的檢測方法，實現電池自放電的快速篩查。

測試技術的進步，讓制造工藝工程師開始關注兩種可實現快速自放電檢測的方案：

• 利用電化學阻抗譜儀（又稱電位儀）采集電池阻抗譜，并對數據進行分析解讀。

• 使用專用設備 —— 自放電分析儀，直接測量電池自放電參數。

新型候選方法：電化學阻抗譜（EIS）

電化學阻抗譜儀的工作原理是：向電池施加正弦交流電流激勵，同時測量電池的交流電壓響應。在直流條件下，電壓與電流的比值為電阻（R）；而在交流激勵下，這一比值則為阻抗（Z）。儀器會對交流電流的頻率進行掃頻，在每個頻率點采集對應的電壓響應數據。通常掃頻范圍覆蓋較寬的頻率區間，例如 0.1 Hz 至 10 kHz。

為提升檢測效率，部分方案會簡化為僅在幾個特定頻率點進行測量，這種方式可降低儀器復雜度、節約成本，同時加快阻抗譜的測量速度。電化學阻抗譜技術的另一種變體是：向電池施加電流脈沖激勵，再通過快速傅里葉變換（FFT）等數學算法，提取電池響應信號中的頻率成分。

無論采用哪種激勵方式，電化學阻抗譜技術的核心原理都是一致的：向電池施加不同頻率的電流激勵，測量電池在各頻率下的電壓響應。

完成激勵施加與響應采集后，儀器會生成奈奎斯特圖（Nyquist plot）—— 該圖譜以阻抗實部為橫軸，以阻抗虛部的相反數為縱軸繪制而成（見圖 2 上半部分）。電化學阻抗譜儀的配套軟件可根據掃頻原始數據自動生成奈奎斯特圖，這是表征電化學阻抗的常用方式。

2.  上圖為某電池的奈奎斯特圖，下圖為基于該圖譜生成的電池等效電路模型（ECM）。

奈奎斯特圖的解讀方法超出了本文的討論范圍，但其核心規律是：圖譜的形態特征可反映電池的內部特性。點擊此處，下載一份詳解電化學阻抗譜在電池測試中應用的白皮書。

電池內部的不同物理化學過程，對應著不同的響應頻率區間：

• 高頻段：主要反映導線與電池結構的電感特性

• 中頻段（100 Hz）：對應雙電層充電過程；低頻段（1-100 Hz）則對應電荷轉移的電阻特性

• 低頻段（<1 Hz）：可觀測到電極材料的離子擴散過程

基于電化學阻抗譜數據與奈奎斯特圖，工程師可借助等效電路建模技術，構建出電池的電氣等效電路模型（ECM，見圖 2 下半部分）。該模型能夠清晰呈現電池的具體特性，例如內阻等關鍵參數。點擊此處，查看一款可根據電化學阻抗譜數據生成等效電路模型的軟件案例。

專用測量方法：自放電分析儀（SDA）

另一種自放電測量方案是使用專用設備 —— 自放電分析儀（SDA），該儀器專為電池自放電檢測這一單一功能設計（見圖 3）。其核心工作邏輯是：在電池發生自放電的同時，向電池補充微量充電電流，從而抵消自放電的影響，維持電池狀態穩定。

3.  是德科技 BT2152B 型自放電分析儀可直接測量鋰離子電池的自放電電流，無需等待數天以觀測開路電壓變化。

在測量過程中，自放電分析儀會通過電池外部端子輸入精準的補償電流，使電池的開路電壓保持恒定（即恒電位模式）。儀器直接測量的補償電流值，與圖 1 模型中流經自放電電阻（R_sd）的自放電電流完全相等。采用這種方法，最短僅需 15 分鐘即可完成一次自放電測量。

電化學阻抗譜（EIS）與自放電分析儀（SDA）的測量性能對比

電化學阻抗譜技術可用于深入分析電池內部的多種物理化學過程，例如電荷轉移、雙電層充電等。借助等效電路建模軟件，還能構建出表征電池內部具體元件的等效電路模型。

但需要明確的是，采用常規電化學阻抗譜技術無法識別出自放電電阻（R_sd）。原因如下：電化學阻抗譜的核心是通過施加特定頻率的電流激勵，觸發電池內部對應過程產生響應，等效電路模型通常由多個 RC 電路組成，這類電路屬于諧振電路，每個 RC 電路都會在特定頻率下產生響應。

而電池自放電是一個極其緩慢的過程，需要數天時間才能顯現出可檢測的變化。若要利用電化學阻抗譜技術捕捉自放電特性，并構建包含Rsd的等效電路模型，所需施加的激勵信號頻率必須極低。

從理論上分析，若要測量一個時長為 5 天（432000 秒）的自放電過程，激勵信號的周期需達到 432000 秒，對應的頻率僅為 2.3 微赫茲（μHz）。如此低的頻率在實際測量中根本不具備可行性。

相比之下，自放電分析儀可在短短 15 分鐘內完成測量，是檢測電池自放電的實用方案。

盡管電化學阻抗譜技術不適用于自放電測量，但它仍是分析電池內部狀態的強大工具。借助快速高效的電化學阻抗譜變體技術，結合人工智能 / 機器學習（AI/ML）軟件進行數據分析，該技術可在生產環節實現電池優劣的快速篩選。

但如果將自放電電流列為電池的判定指標之一，則不能單獨依靠電化學阻抗譜技術。此時，生產測試流程需要同時整合自放電分析儀與電化學阻抗譜儀兩種設備。