Otii案例：评估锂亚硫酰氯（Li-SOCl₂）电池储存4.5年后的钝化
发布时间: 2026-09-30 09:51:14 浏览数:
一、了解电池钝化的影响
Saft LS14500和LSP14500电池在长期储存后进行了钝化效应测试
两款电池采用相同测试方式：电池连接器接入Otii Ace Pro的香蕉插头接口，并使用等长连接线。
采用SAFT LS14500电池和Otii Ace Pro进行电池钝化测量设置
该放电曲线针对LoRaWAN扩频因子9（SF9）设计，包含：
10μA，持续20秒（睡眠）
7.5mA，6毫秒 （唤醒）
115mA，168毫秒（发射）
8.5mA，20毫秒（发射后恢复）
10μA，4.96秒（睡眠，等待接收）
6.2mA，290毫秒（接收）
该模式循环运行20分钟，以观察电池随时间变化的行为特征。
Otii电池验证中的电池放电设置反映了LoRaWAN通信的功率配置文件
六、电池钝化测量结果
Saft LS14500电池的钝化影响
图表1：经过长期存放后，Saft LS14500电池在首次脉冲放电时出现明显的电池钝化效应
结语
锂基一次性电池（通常指锂原电池）在嵌入式和物联网应用十分广泛。其中锂亚硫酰氯（Li-SOCl₂）电池凭借超高能量密度、极低自放电率和宽温度范围而极具吸引力。
它在远程环境中的应用展现了卓越的可靠性，并且在全球公用事业计量领域（尤其是燃气、水和电力计量）中实现了显著增长。
然而，该类电池面临的一个挑战是其极易发生钝化——该化学效应如果没有得到充分考虑，会显著缩短设备的使用寿命，电池自身也会出现一些不可预测的行为。
电池钝化的程度取决于电池的静置时长、温度和荷电状态。本文研究了钝化效应与电池静置时长的关系，特别是对一块储存了4.5年、未使用过的Saft LiSOCl₂ 电池进行了分析。
二、电池钝化效应
当LiSOCl₂ 电池或设备处于休眠模式时，若休眠电流非常低，电池会发生化学反应从而导致内阻增加。该过程的副产物会在锂正极形成由氯化锂（LiCl）构成的薄膜，该现象称为钝化。
钝化并非完全负面效应，事实上该电池极低的自放电率使得电池具备长期储存能力。
对设备而言，钝化的影响体现在切换至工作模式时，例如收音机开启发射功能的瞬间。此时，升高的内阻会导致电压降更加明显。但在后续工作期间，锂正极上的钝化层逐渐被破坏，内阻也会随之恢复正常水平。
三、本案例中硫酰氯锂电池（LiSOCl2）
本案例研究中，我们考察了两种电池的钝化效应：
Saft LS14500，3.6V
Saft LSP14500，3.6V。LSP指一种混合型锂原电池，由硫酰氯锂电池与锂离子电容器（LIC）并联组成。
两组电池均生产于2020年12月，且始终处于未使用状态。我们最初使用两组LSP14500电池组。
为进行对比，拆开其中一组LSP14500电池组并移除超级电容器，仅对LS14500进行测量。
在电池操作过程中，我们谨慎操作，确保电池单元在任何情况下均不发生连接，从而维持其自生产以来的未使用状态。拆解电池组时需注意避免短路风险。该操作在专业实验室环境下进行。
Saft LS14500和LSP14500电池在长期储存后进行了钝化效应测试
四、电池钝化评估的测量设置
采用紧凑且可扩展的测试设置（下图所示）配合Otii Ace Pro设备，通过Otii电池工具箱软件许可对电池进行评估。
采用紧凑且可扩展的测试设置（下图所示）配合Otii Ace Pro设备，通过Otii电池工具箱软件许可对电池进行评估。
两款电池采用相同测试方式：电池连接器接入Otii Ace Pro的香蕉插头接口，并使用等长连接线。
采用SAFT LS14500电池和Otii Ace Pro进行电池钝化测量设置
五、电池放电曲线
全球大多数具备无线通信功能的公用事业计量表均采用以下技术之一： Wireless M-Bus, NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN。本实验重点研究电池钝化效应，选取LoRaWAN设备及其典型的放电曲线。
全球大多数具备无线通信功能的公用事业计量表均采用以下技术之一： Wireless M-Bus, NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN。本实验重点研究电池钝化效应，选取LoRaWAN设备及其典型的放电曲线。
该放电曲线针对LoRaWAN扩频因子9（SF9）设计，包含：
10μA，持续20秒（睡眠）
7.5mA，6毫秒 （唤醒）
115mA，168毫秒（发射）
8.5mA，20毫秒（发射后恢复）
10μA，4.96秒（睡眠，等待接收）
6.2mA，290毫秒（接收）
该模式循环运行20分钟，以观察电池随时间变化的行为特征。
Otii电池验证中的电池放电设置反映了LoRaWAN通信的功率配置文件
六、电池钝化测量结果
Saft LS14500电池的钝化影响
图表1：经过长期存放后，Saft LS14500电池在首次脉冲放电时出现明显的电池钝化效应
观察发现，如图1所示，首个脉冲受到初始较高内阻的影响，这是由于4.5年存储期间钝化层的堆积所致。在首个脉冲开始时，内阻超过100Ω。到第二个脉冲时，内阻降至约15Ω。自第三次脉冲起，内阻稳定维持在3.5至5Ω区间。
因钝化效应导致的电压降最高可达1.8V。对于3.6V供电的设备，此类电压降可能引发设备重置或关机，直接影响产品运行稳定性与使用寿命。
图2：经过4.5年储存后，Saft LSP14500电池在放电过程中未观察到明显的电池钝化效应
图2：经过4.5年储存后，Saft LSP14500电池在放电过程中未观察到明显的电池钝化效应
即使在电池制造4.5年后，仍未观察到显著的钝化效应，如图表2所示。首次与第二次脉冲期间的电压降大致相同，根据初始电压降测得首次脉冲期间的内阻约为200mΩ。
如图3所示，并联连接的超级电容器有效缓解了钝化效应。当设备进入工作模式时，超级电容器吸收高脉冲能量，在钝化层消失期间维持电压稳定。
图表3：Saft LS14500与LSP14500电池在长期储存后首次脉冲放电过程中的钝化效应比较
图表3：Saft LS14500与LSP14500电池在长期储存后首次脉冲放电过程中的钝化效应比较
结语
锂硫酰氯电池中的电池钝化现象广为人知且存在风险。尽管这类电池具有高能量密度，但钝化会损害智能电表或物联网应用的性能。采用并联超级电容器是有效补偿这些影响并降低风险的方法之一。
要评估所面临的风险程度及缓解措施的有效性，测量钝化效应至关重要。Qoitech团队通过对闲置4.5年的SAFT LiSOCl₂电池进行测试，探究了钝化现象的影响。在这过程中，通过演示如何利用Otii Ace Pro（硬件）与Otii Battery Toolbox（电池工具箱软件许可证）构建紧凑且可扩展的测试平台来评估电池的钝化程度。