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影响锂离子电池内阻的因素是什么?

钜大LARGE  |  点击量:1714次  |  2020年10月19日  

.1外加因素


温度,环境温度是各种电阻的重要影响因素,具体到锂离子电池,是由于温度影响电化学材料的活性,直接决定电化学反应的速度和离子运动的速度。


电流或者说负载的需求,一方面电流的大小与极化内阻有直接关联。大体趋势是电流越大,极化内阻越大。另一方面,电流的热效应,对电化学材质的活性出现影响。


3.2电池自身因素


正极材料,负极材料,锂离子嵌入和脱嵌的难易程度,决定了材料内阻的大小,是浓差极化电阻的一部分。


电解液,锂离子在电解液中的移动速率,受电解液导电率的影响,是电化学极化电阻的重要构成部分。


隔膜,隔膜自身电阻,直接构成欧姆内阻的一部分,同时其对锂离子移动速率的阻碍,又形成了一部分电化学极化电阻。


集流体电阻,部件连接电阻,是电池欧姆内阻的重要组成部分。


工艺水平,极片制作工艺、涂料是否均匀、压实密度如何,这些电芯加工过程中工艺水平的高低,也会对极化内阻造成直接影响。


4锂离子电池内阻测量


锂离子电池内阻测量方法,一般分为直流测量方法和交流测量方法两种。


4.1直流内阻测量方法


使用电流源,给电池施加一个短时脉冲,测量其端电压与开路电压的差。用这个差值除以测试电流即认为是电池的直流内阻。


锂离子电池极化内阻会受到加载电流大小的影响,为了尽量避开这个因素,直流测量内阻方法的通电时间比较短,并且加载电流比较大。


理论上,测量电流越小,越不会引起极化反应,减少极化电阻的干扰。但由于电池内阻本身很小,都是毫欧量级,电流过小,电压检测仪器受限于测量精度,无法排除测量误差对结果的干扰。因此,人们权衡仪器精度和极化内阻的影响,找到一个平衡二者关系的测量电流值。


关于普通电池单体来说,测量电流一般在5C-10C左右,很大。随着电芯容量的增大,或者多个电芯并联,其内阻是减小的,因此,假如没有仪器精度的提高,测量电流是很难降下来的。


4.2交流内阻测量方法


给电池加载一个幅值较小的交流输入作为激励,监测其端电压的响应情况。使用特定程序对数据进行分析,得出电池的交流内阻。分析得到的阻值,只与电池本身特性有关,与采用的激励信号大小无关。


由于电池电容特性的存在,激励信号的频率不同,其测量得到的阻值也不同。软件分析的结果可以用一组复数表示,横轴为实部,纵轴为虚部。这样,就形成了一个图谱,所谓交流阻抗谱,如上图所示。


通过进一步的数据分析,人们可以从交流阻抗谱中得到这只电池的欧姆电阻,SEI膜的扩散电阻,SEI膜的电容值,电荷在电解液中传递的等效电容值以及电荷在电解液中扩散电阻值,进而绘制出电池等效模型,进行电池性能的进一步研究。一种等效电池模型,


5内阻在工程实践中的应用


内阻,作为锂离子电池的关键特性之一,对它的研究成果,可以在工程制造等多个领域得到应用。


内阻与电池荷电量有紧密关系,因此被应用于电池管理系统中的SOC估计;


内阻直接体现电池老化程度,有人把电芯内阻作为电池健康状态SOH的评估依据;


单体内阻一致性直接影响成组后的模组容量和寿命,因而被作为电芯分选配组的静态指标普遍应用;


内阻又是电池故障的重要指征,在动力锂电池包的故障诊断系统中,被研究使用;


内阻配合容量损失等指标,还可以判断电池是否存在析锂现象,被应用在梯次利用退役电池领域。


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