鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1921次 | 2020年03月16日
影響鋰電池內(nèi)阻的因素有哪些?如何測量鋰電池內(nèi)阻?
電池的內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下,歐姆電阻基本穩(wěn)定不變,而極化電阻會隨著影響極化水平的因素變動。
歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、連接方式等有關(guān)。
極化電阻,加載電流的瞬間才產(chǎn)生的電阻,是電池內(nèi)部各種阻礙帶電離子抵達(dá)目的地的趨勢總和。極化電阻可以分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反應(yīng)的速度無法達(dá)到電子的移動速度造成的;濃差極化,是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極材料并在材料中移動的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度造成的。
3鋰電池內(nèi)阻影響因素
從上面的過程可以推演出電池內(nèi)阻的影響因素。
3.1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(yùn)動的速度。
電流或者說負(fù)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)的活性產(chǎn)生影響。
3.2電池自身因素
正極材料,負(fù)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)極化電阻的主要構(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(shí)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)阻的主要組成部分。
工藝水平,極片制作工藝、涂料是否均勻、壓實(shí)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鋰電池內(nèi)阻測量
鋰電池內(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(gè)短時(shí)脈沖,測量其端電壓與開路電壓的差。用這個(gè)差值除以測試電流即認(rèn)為是電池的直流內(nèi)阻。
鋰電池極化內(nèi)阻會受到加載電流大小的影響,為了盡量避開這個(gè)因素,直流測量內(nèi)阻方法的通電時(shí)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(gè)平衡二者關(guān)系的測量電流值。
對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(gè)電芯并聯(lián),其內(nèi)阻是減小的,因此,如果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(gè)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(jìn)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(shí)部,縱軸為虛部。這樣,就形成了一個(gè)圖譜,所謂交流阻抗譜,
通過進(jìn)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(kuò)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(kuò)散電阻值,進(jìn)而繪制出電池等效模型,進(jìn)行電池性能的進(jìn)一步研究。一種等效電池模型。