鉅大LARGE | 點擊量:1820次 | 2020年10月19日
影響鋰離子電池內(nèi)阻的因素是什么?
.1外加因素
溫度,環(huán)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(xué)材料的活性,直接決定電化學(xué)反應(yīng)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(nèi)阻有直接關(guān)聯(lián)。大體趨勢是電流越大,極化內(nèi)阻越大。另一方面,電流的熱效應(yīng),對電化學(xué)材質(zhì)的活性出現(xiàn)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(nèi)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(dǎo)電率的影響,是電化學(xué)極化電阻的重要構(gòu)成部分。
隔膜,隔膜自身電阻,直接構(gòu)成歐姆內(nèi)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(xué)極化電阻。
集流體電阻,部件連接電阻,是電池歐姆內(nèi)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(nèi)阻造成直接影響。
4鋰離子電池內(nèi)阻測量
鋰離子電池內(nèi)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(nèi)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(nèi)阻。
鋰離子電池極化內(nèi)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(nèi)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(yīng),減少極化電阻的干擾。但由于電池內(nèi)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(jié)果的干擾。因此,人們權(quán)衡儀器精度和極化內(nèi)阻的影響,找到一個平衡二者關(guān)系的測量電流值。
關(guān)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(lián),其內(nèi)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(nèi)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(jiān)測其端電壓的響應(yīng)情況。使用特定程序?qū)?shù)據(jù)進行分析,得出電池的交流內(nèi)阻。分析得到的阻值,只與電池本身特性有關(guān),與采用的激勵信號大小無關(guān)。
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(jié)果可以用一組復(fù)數(shù)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(shù)據(jù)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(nèi)阻在工程實踐中的應(yīng)用
內(nèi)阻,作為鋰離子電池的關(guān)鍵特性之一,對它的研究成果,可以在工程制造等多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。
內(nèi)阻與電池荷電量有緊密關(guān)系,因此被應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)中的SOC估計;
內(nèi)阻直接體現(xiàn)電池老化程度,有人把電芯內(nèi)阻作為電池健康狀態(tài)SOH的評估依據(jù);
單體內(nèi)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(tài)指標(biāo)普遍應(yīng)用;
內(nèi)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(tǒng)中,被研究使用;
內(nèi)阻配合容量損失等指標(biāo),還可以判斷電池是否存在析鋰現(xiàn)象,被應(yīng)用在梯次利用退役電池領(lǐng)域。