一、充放電曲線
1. 極化(歐姆極化,濃差極化,活化極化)
極化越大,表明電子離子遷移受限制,介電常數(shù)大??赏ㄟ^(guò)充放電曲線中充放電平臺(tái)電壓差值,恒流充(放)電容量與總充(放)電容量比值越低或恒壓充電容量與總充電容量比值,某倍率下測(cè)試得到的容量值與低倍率下測(cè)試的容量值差來(lái)反應(yīng)極化程度。
歐姆極化表示電子在極片傳輸或離子在極片(控速步驟),SEI膜,隔膜傳輸受阻礙(加入導(dǎo)電劑);
濃差極化表示離子在溶液傳導(dǎo)率(攪拌升溫可改善);
活化極化為粒子在表面?zhèn)鬏斂朔罨埽ㄍ饧与妷海?。這三種最終都表現(xiàn)為濃差極化。
電解液的離子傳導(dǎo)率低,正負(fù)極嵌入脫出的阻礙,導(dǎo)電劑差,厚度過(guò)大,壓實(shí)密度大(空隙變小,不浸潤(rùn)),SEI膜等都產(chǎn)生極化。
2. 放電模式(恒流放電、恒阻放電、恒功率放電)
用的都是恒流源。電池的電壓與正負(fù)極材料的荷電狀態(tài)及電極電勢(shì)相關(guān)。
恒流放電:電壓持續(xù)下降,可以得到U-C曲線。
恒功率放電:調(diào)節(jié)電流上升保持功率恒定,可以得到U-W曲線
恒阻放電:調(diào)節(jié)電流下降保持電阻恒定
3. 放電曲線包含的信息(電壓、容量/比容量、SOC/DOD、能量/比能量)
(1)電壓
鋰離子電池放電測(cè)試中,電壓參數(shù)主要包括電壓平臺(tái)、中值電壓、平均電壓、截止電壓等。
(2)容量和比容量
影響因素:① 電池的放電條件:倍率、溫度、截止電壓、充放電次數(shù)? ② 電池的充電條件:倍率、溫度、截止電壓等影響充入電池的容量,從而決定放電容量。
電池容量:一定放電制度下(在一定的放電電流I,放電溫度T,放電截止電壓V條件),電池所放出的電量,表征電池儲(chǔ)存能量的能力,單位是Ah或C。容量大小是由正負(fù)極中活性物質(zhì)的數(shù)量多少來(lái)決定的,受很多因素的影響,如:放電電流、放電溫度等。
比容量:?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積電極活性物質(zhì)所給出的容量,稱為質(zhì)量比容量或體積比容量。通常計(jì)算方法為:比容量=電池首次放電容量 /(活性物質(zhì)量*活性物質(zhì)利用率)
(3)荷電狀態(tài)SOC(state of charge)與放電深度(Depth of Discharge )
表示在一定的放電倍率下,電池使用一段時(shí)間或長(zhǎng)期擱置后剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值
利用開路電壓法估算出電池初始狀態(tài)荷電容量,然后利用安時(shí)積分法求得電池運(yùn)行消耗的電量百分比
,則剩余電量等于初始電量與消耗電量的差值
其中 為額定容量;
為充放電效率
DOD表示放電程度的一種量度,為放電容量與總放電容量的百分比。
(4)能量和比能量
電池在一定條件下對(duì)外作功所能輸出的電能叫做電池的能量。
電壓平臺(tái)越高越平緩,活性物質(zhì)利用率越高,放電能量越大。
4. 放電曲線基本形式
(1) 電壓-時(shí)間和電流-時(shí)間曲線
(2) 電壓-容量曲線:恒流模式為(1)的橫坐標(biāo)乘電流
(3) 電壓-能量曲線:橫坐標(biāo)為(2)的電壓對(duì)容量積分
5.?放電曲線的微分處理(微分容量)
氧化還原峰:
微分容量(dQ/dV-V曲線):可分析相變過(guò)程。
一般要求等電壓差的電壓、容量數(shù)據(jù)列。在做充放電測(cè)試時(shí),可以設(shè)定電壓間隔ΔV=10~50mV來(lái)采集數(shù)據(jù)。Origin結(jié)合Excel作圖。
二、電池失效機(jī)理研究
鋰離子電池體系復(fù)雜,涉及到了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)、組元間相互作用與反應(yīng)、表界面反應(yīng)等方面。
(1)?容量衰減
(2)?內(nèi)阻增大
(3)?內(nèi)短路
(4)?產(chǎn)氣
(5)?熱失控
(6)?析鋰