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影響鋰離子電池內阻的因素是什么?

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年10月19日  

.1外加因素


溫度,環境溫度是各種電阻的重要影響因素,具體到鋰離子電池,是由于溫度影響電化學材料的活性,直接決定電化學反應的速度和離子運動的速度。


電流或者說負載的需求,一方面電流的大小與極化內阻有直接關聯。大體趨勢是電流越大,極化內阻越大。另一方面,電流的熱效應,對電化學材質的活性出現影響。


3.2電池自身因素


正極材料,負極材料,鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度,決定了材料內阻的大小,是濃差極化電阻的一部分。


電解液,鋰離子在電解液中的移動速率,受電解液導電率的影響,是電化學極化電阻的重要構成部分。


隔膜,隔膜自身電阻,直接構成歐姆內阻的一部分,同時其對鋰離子移動速率的阻礙,又形成了一部分電化學極化電阻。


集流體電阻,部件連接電阻,是電池歐姆內阻的重要組成部分。


工藝水平,極片制作工藝、涂料是否均勻、壓實密度如何,這些電芯加工過程中工藝水平的高低,也會對極化內阻造成直接影響。


4鋰離子電池內阻測量


鋰離子電池內阻測量方法,一般分為直流測量方法和交流測量方法兩種。


4.1直流內阻測量方法


使用電流源,給電池施加一個短時脈沖,測量其端電壓與開路電壓的差。用這個差值除以測試電流即認為是電池的直流內阻。


鋰離子電池極化內阻會受到加載電流大小的影響,為了盡量避開這個因素,直流測量內阻方法的通電時間比較短,并且加載電流比較大。


理論上,測量電流越小,越不會引起極化反應,減少極化電阻的干擾。但由于電池內阻本身很小,都是毫歐量級,電流過小,電壓檢測儀器受限于測量精度,無法排除測量誤差對結果的干擾。因此,人們權衡儀器精度和極化內阻的影響,找到一個平衡二者關系的測量電流值。


關于普通電池單體來說,測量電流一般在5C-10C左右,很大。隨著電芯容量的增大,或者多個電芯并聯,其內阻是減小的,因此,假如沒有儀器精度的提高,測量電流是很難降下來的。


4.2交流內阻測量方法


給電池加載一個幅值較小的交流輸入作為激勵,監測其端電壓的響應情況。使用特定程序對數據進行分析,得出電池的交流內阻。分析得到的阻值,只與電池本身特性有關,與采用的激勵信號大小無關。


由于電池電容特性的存在,激勵信號的頻率不同,其測量得到的阻值也不同。軟件分析的結果可以用一組復數表示,橫軸為實部,縱軸為虛部。這樣,就形成了一個圖譜,所謂交流阻抗譜,如上圖所示。


通過進一步的數據分析,人們可以從交流阻抗譜中得到這只電池的歐姆電阻,SEI膜的擴散電阻,SEI膜的電容值,電荷在電解液中傳遞的等效電容值以及電荷在電解液中擴散電阻值,進而繪制出電池等效模型,進行電池性能的進一步研究。一種等效電池模型,


5內阻在工程實踐中的應用


內阻,作為鋰離子電池的關鍵特性之一,對它的研究成果,可以在工程制造等多個領域得到應用。


內阻與電池荷電量有緊密關系,因此被應用于電池管理系統中的SOC估計;


內阻直接體現電池老化程度,有人把電芯內阻作為電池健康狀態SOH的評估依據;


單體內阻一致性直接影響成組后的模組容量和壽命,因而被作為電芯分選配組的靜態指標普遍應用;


內阻又是電池故障的重要指征,在動力鋰電池包的故障診斷系統中,被研究使用;


內阻配合容量損失等指標,還可以判斷電池是否存在析鋰現象,被應用在梯次利用退役電池領域。


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