- 2025-12-01 11:46:53鋰離子電池
- 鋰離子電池是一種充電電池,通過(guò)鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中,Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌,充電時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。鋰離子電池具有高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。但其成本較高,且需要保護(hù)電路防止過(guò)充過(guò)放。
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鋰離子電池相關(guān)內(nèi)容
鋰離子電池資訊
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- 【內(nèi)含PDF】掃描電鏡在鋰離子電池中的應(yīng)用
- 鋰離子電池(LIB)是21世紀(jì)以來(lái)最為熱門(mén)的儲(chǔ)能器件之一,具有能量密度高、單體輸出電壓高、循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)和新能源電站的儲(chǔ)能電源系統(tǒng)等。
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- 高壓鋰離子電池材料研究進(jìn)展
- 鋰離子電池(LIBs)由于其高能量密度、高庫(kù)侖效率、低自放電特性以及不同電極設(shè)計(jì)可獲得的一系列化學(xué)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
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- 如何提高鋰離子電池中電解液的安全性?----阿拉丁試劑
- 鋰離子電池作為一種流行的儲(chǔ)能設(shè)備,正被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、大型儲(chǔ)能電站等動(dòng)力領(lǐng)域[1-3]。
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- 直播預(yù)告 | 第五屆“鋰離子電池檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用”網(wǎng)絡(luò)會(huì)議
- 據(jù)4月4日工信部發(fā)布數(shù)據(jù),2023年1-2月,我國(guó)鋰離子電池行業(yè)繼續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),全國(guó)鋰電總產(chǎn)量超過(guò)102GWh,同比增長(zhǎng)24%。出口貿(mào)易穩(wěn)步增長(zhǎng),1-2月全國(guó)鋰電出口總額達(dá)到706億元。
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- 材料|阿拉丁鋰離子電池材料新鮮出爐!
- 鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展具有增長(zhǎng)的前景。未來(lái),下游可再生能源并網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、5G基站等應(yīng)用場(chǎng)景將有助于鋰離子電池解決方案的發(fā)展。
鋰離子電池文章
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- 鋰離子電池隔膜電弱點(diǎn)測(cè)試儀
- HCRD-300型電弱點(diǎn)測(cè)試儀,主要應(yīng)用于新能源汽車(chē)用鋰離子電池隔膜電氣絕緣性能缺陷檢測(cè)。采用計(jì)算機(jī)控制,可靠性、耐用性和穩(wěn)定性。測(cè)量準(zhǔn)確,復(fù)現(xiàn)性好。
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- 赫施曼助力鈷酸鋰中鈷含量的測(cè)定
- 鋰離子電池是3C類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品的核心部分,鈷酸鋰正極材料又是3C類(lèi)鋰離子電池的重要原料,因此,大力發(fā)展鈷酸鋰材料是實(shí)現(xiàn)3C類(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展的前提。
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- 理學(xué)鋰離子電池原位測(cè)試附件
- 理學(xué)的X射線技術(shù)為研發(fā)更安全、更高效的電池提供了支持。
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鋰離子電池問(wèn)答
- 2023-03-28 13:42:29線上直播 | 鋰離子電池開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略
- 阿美特克集團(tuán)攜手旗下8大 品 牌,7位鋰電行業(yè)專(zhuān)家,在陽(yáng)春3月為大家?guī)?lái)鋰離子電池專(zhuān)場(chǎng)線上直播,針對(duì)鋰電行業(yè)痛點(diǎn),提出解決方案。主題:《鋰離子電池開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略》第 一場(chǎng):3月22日 - 鋰離子電池關(guān)鍵材料成份、物理及電化學(xué)性能測(cè)試(14:00-16:00)第二場(chǎng):3月29日- 鋰離子電池電芯包裝阻隔性檢測(cè)/電池包連接件/電池裝配的質(zhì)量控制(14:00-15:30) 直播福利:隨機(jī)抽取 20 名幸運(yùn)觀眾,送《鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)》或者《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》識(shí)別二維碼,免費(fèi)報(bào)名
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- 2022-03-17 11:51:12【熱點(diǎn)應(yīng)用】ED-XRF分析鋰離子電池正極材料
- 鋰離子電池正極材料的容量和能量密度對(duì)電池的性能起著關(guān)鍵作用。而在正極材料的三元層狀結(jié)構(gòu)中,元素配比對(duì)材料的性能具有至關(guān)重要的影響,因此對(duì)正極材料中各種元素的準(zhǔn)確定量是電池研發(fā)生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)之一。 使用何種分析手段去定量正極材料中的元素?要考慮諸多因素,除了檢測(cè)速度、準(zhǔn)確度、儀器穩(wěn)定性等常見(jiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)外,實(shí)驗(yàn)室安全和環(huán)保成本,樣品前處理是否簡(jiǎn)單?檢驗(yàn)設(shè)備的易用性以及最小化人為誤差也是研發(fā)和生產(chǎn)質(zhì)量控制中的不可忽視的問(wèn)題。 目前,常用的鋰電池正極材料元素定量手段包括ICP-OES、ICP-MS、AAS以及XRF。 因正極材料樣品均質(zhì)化的要求,ICP以及AAS需要液體進(jìn)樣,所以樣品需要加入硝酸進(jìn)行酸煮或微波消解成為液體。而這種前處理方法一方面存在消解不完全的情況,另一方面,廢酸的處理也增加了實(shí)驗(yàn)室安全以及環(huán)保成本。此外,ICP方法只能分析痕量元素,所以樣品需要較大的稀釋倍數(shù)才能進(jìn)樣,這樣也就帶來(lái)了較大的稀釋誤差。 這些檢測(cè)問(wèn)題該如何解決呢?我們來(lái)看看X射線熒光光譜法(XRF)檢測(cè)鋰離子電池正極材料的幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):相對(duì)而言,XRF與ICP相比可以直接進(jìn)樣,不需要復(fù)雜的前處理步驟,檢測(cè)速度快。且樣品制備簡(jiǎn)單:對(duì)于固體即可使用松散粉末直接進(jìn)行測(cè)試,也可簡(jiǎn)單壓片或進(jìn)行玻璃熔珠測(cè)試;對(duì)于液體樣品,更可以使用液體杯直接原樣測(cè)試。 另一方面,XRF內(nèi)部無(wú)復(fù)雜管路,光路簡(jiǎn)單,不會(huì)產(chǎn)生污染以及堵塞風(fēng)險(xiǎn),檢測(cè)濃度可以從ppm級(jí)至100%,對(duì)于正極材料而言,無(wú)論樣品中的主量元素還是微量元素都能夠進(jìn)行準(zhǔn)確定量,滿(mǎn)足生產(chǎn)控制檢測(cè)需求。 EDXRF在鋰電行業(yè)正極材料中的應(yīng)用正如上文所述,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,正極材料因?yàn)閾诫s或者碳包覆,其他檢測(cè)方法受制于常規(guī)酸很難消解樣品,無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確且穩(wěn)定地測(cè)量。因此,X射線熒光光譜技術(shù)(XRF)越來(lái)越多地被鋰電行業(yè)所接受并逐步應(yīng)用。 近些年,快速發(fā)展的能量色散X射線熒光光譜(EDXRF)技術(shù)作為XRF技術(shù)的前沿分支,以其體積緊湊、使用方便等優(yōu)勢(shì)得到了許多行業(yè)檢測(cè)用戶(hù)的認(rèn)可。但在鋰電行業(yè)還未得到廣泛應(yīng)用,究其主要原因,是由于普通能譜儀的檢測(cè)性能在缺乏標(biāo)準(zhǔn)品的情況下,無(wú)法滿(mǎn)足某些元素準(zhǔn)確定量的檢測(cè)需求。 馬爾文帕納科作為X射線分析儀器的主要供應(yīng)商,具有超過(guò)70年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在XRF產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及制造方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)特的技術(shù)。其推出的高性能臺(tái)式能譜儀 Epsilon4,裝配了動(dòng)態(tài)高通量X射線管、大面積高分辨SSD探測(cè)器和超高計(jì)數(shù)電路及全功能算法軟件。其光路采用緊湊設(shè)計(jì),可以獲取最高的信號(hào)靈敏度和更快的響應(yīng)速度,充分滿(mǎn)足正極材料主量以及微量元素的測(cè)試需求。 應(yīng)用實(shí)例一:前驅(qū)體溶液實(shí)驗(yàn)分析主要針對(duì)Ni(0-120g/L)、Co(0-120g/L)、Mn(0-120g/L)三種主量元素,Epsilon4 臺(tái)式能譜儀擬合曲線相關(guān)系數(shù)均在0.9999以上。其工作曲線如下:與ICP穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn),Epsilon4 臺(tái)式能譜儀對(duì)前驅(qū)體容量進(jìn)行多次測(cè)量,穩(wěn)定性以及精密度均優(yōu)于ICP。應(yīng)用實(shí)例二:NCM三元材料實(shí)驗(yàn)分析該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)Epsilon4臺(tái)式能譜儀針對(duì)NCM三元材料Ni(15-70%)、Co(5-30%)、Mn(5-30%)三種主量元素,采用壓片和玻璃熔珠兩種不同的制樣方法進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試,Epsilon4 臺(tái)式能譜儀擬合曲線相關(guān)系數(shù)均在0.9999以上。實(shí)驗(yàn)中,分別對(duì)三元材料的主量元素平行測(cè)試了10次,可以看到不論玻璃熔珠還是壓片的數(shù)據(jù),其重復(fù)性RMS均小于0.01。綜上所述,馬爾文帕納科Epsilon4 臺(tái)式能譜儀分析速度快、準(zhǔn)確度高。與ICP對(duì)比具有更優(yōu)異的精密度以及穩(wěn)定性。針對(duì)正極材料不同的配方還配有具體的定制方案,是鋰電行業(yè)正極材料元素分析檢測(cè)值得信賴(lài)的工具。馬爾文帕納科波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀因其強(qiáng)大的分析能力,除了滿(mǎn)足常規(guī)元素日常分析工作外,同樣可應(yīng)用于鋰?yán)与姵卣龢O材料中的元素定量分析,且針對(duì)LiFePO4、NCM主量以及添加元素檢測(cè)均有具體的應(yīng)用解決方案,我們將在下一篇推文“WD-XRF用于鋰離子電池正極材料分析”中具體介紹,敬請(qǐng)期待。
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- 2022-11-29 10:16:01線上直播 | 鋰離子電池極速快充(XFC)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)及對(duì)策
- 2022.12.6日下午14:00-15:00,電化學(xué)線上課堂:鋰離子電池極速快充(XFC)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)及對(duì)策開(kāi)播!歡迎大家的觀看!
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- 2022-11-29 10:12:07線上直播 | 鋰離子電池極速快充(XFC)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)及對(duì)策
- 2022.12.6日下午14:00-15:00,電化學(xué)線上課堂:鋰離子電池極速快充(XFC)開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)及對(duì)策開(kāi)播!歡迎大家的觀看!本場(chǎng)直播有特定的回答問(wèn)題環(huán)節(jié)哦,快點(diǎn)想想有什么需要在線和我們嘉賓在線討論的吧!
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- 2020-10-23 13:54:01鋰離子電池測(cè)試
- 本章目的本應(yīng)用指南討論了鋰離子電池中所用到的電化學(xué)測(cè)量技術(shù)。闡述了鋰離子電池方面的理論和常用測(cè)試裝置。介紹了電池表征過(guò)程中一些常用的重要參數(shù)。此外,本章在紐扣電池上進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)向我們展示了如何獲得容量、電壓極限以及一些電池長(zhǎng)期性能行為方面的信息。簡(jiǎn)介電池是移動(dòng)和固定設(shè)備不可缺少的能源儲(chǔ)備系統(tǒng)。其最常見(jiàn)的應(yīng)用是電線無(wú)法達(dá)到的情況下的各種便攜式設(shè)備。電池的應(yīng)用領(lǐng)域小至如mp3播放器、智能手機(jī)等較小型設(shè)備,大到為機(jī)動(dòng)車(chē)市場(chǎng)提供的高能系統(tǒng)或者是發(fā)電廠(如風(fēng)能發(fā)電站等)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。裝置電池最典型的裝置包括兩個(gè)帶有不同電荷的帶電電極,由電解質(zhì)隔開(kāi)。依據(jù)其化學(xué)體系的不同,這些裝置可以分為一次和二次電池。一次電池與一次電池相反,二次電池一般可以充放電數(shù)百次。其市場(chǎng)份額正在穩(wěn)步增長(zhǎng)。zui早的可充放電電池是鉛酸電池,鉛酸電池目前仍然被廣泛用在汽車(chē)啟動(dòng)用蓄電池或者備用系統(tǒng)中。另外一類(lèi)二次電池是鎳鉻電池(NiCd),鎳氫電池(NiMH),或者是鋰離子電池。由于有可能用于汽車(chē)市場(chǎng),鋰離子電池是目前研究的ZD。圖1顯示的是鋰離子電池典型裝置以及充電過(guò)程中電化學(xué)過(guò)程的概述。圖1-充電過(guò)程中鋰離子簡(jiǎn)要示意圖。為了達(dá)到更高的功率密度和能量密度,高度多孔的材料被用作電極材料。在陽(yáng)極,石墨被粘附在集流器銅箔上。在陰極,使用最多的是粘附在鋁箔上的鋰過(guò)渡金屬氧化物。電解質(zhì)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電極之間的電荷傳輸。液體,固體或者聚合物均可。隔膜—離子滲透薄膜—放在兩電極之間用以防止電子短路。在充電過(guò)程中,鋰離子從富鋰的陰極側(cè)遷移至陽(yáng)極并插入陽(yáng)極側(cè)多層結(jié)構(gòu)中。在放電過(guò)程中這個(gè)電化學(xué)過(guò)程是可逆的。如下化學(xué)方程式總結(jié)了這兩個(gè)過(guò)程,通過(guò)正向反應(yīng)闡述了充電過(guò)程。陽(yáng)極:xLi++xe-+C6 ? Lix C6陰極:Lix+y MO2 ? xLi+ + xe- + Liy MO2鋰離子電池的性能與壽命主要取決于幾個(gè)參數(shù)。極端的溫度可能導(dǎo)致材料的降解。若超過(guò)電池額定的規(guī)定值,如電壓、充電或者放電電流,都可能導(dǎo)致反應(yīng)的不可逆并且造成電池過(guò)熱。電池的整體性能也將急劇下降。因此在單節(jié)電池和電池堆棧充放電過(guò)程中不得不對(duì)其電壓和電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。以下部分將通過(guò)實(shí)驗(yàn)中鋰離子電池的電化學(xué)行為進(jìn)行討論。下面闡述了不同測(cè)量參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)本應(yīng)用指南中所有測(cè)試是在Great Power Battery的可充放電紐扣電池上進(jìn)行的。這些電池都被放置在Gamry公司為CR2032紐扣電池設(shè)計(jì)的電池座中(如圖2)。該電池座采用直接接觸Kelvin傳感實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的測(cè)試。圖2—Gamry雙電池CR2032(左)和18650電池座(右)。所有測(cè)試均采用interface1000恒電位儀完成。充放電曲線圖3顯示的是紐扣電池典型的充電(綠色)和放電(藍(lán)色)。將電壓(深色)和電流(淺色)對(duì)時(shí)間作圖。電池在電流40mA,電壓在2.75V到4.2V之間進(jìn)行充放電。圖3—紐扣電池充放電曲線。(●)放電,(●)充電。在充電過(guò)程中電壓穩(wěn)定增長(zhǎng)。在這個(gè)過(guò)程中,鋰離子從陰極抽離然后插入陽(yáng)極石墨層間。電池恒電位在達(dá)到電壓上限之后保持在4.2V。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到電流達(dá)到0.4mA對(duì)應(yīng)電池容量倍率為0.01。這能保證電池完全被充滿(mǎn)。電池充電狀態(tài)(SOC)是100%。電壓在放電過(guò)程初期迅速下降。根據(jù)歐姆定律,電壓下降值?U(同樣也被稱(chēng)為“IR降”)和等效串聯(lián)電阻(ESR)是直接成比例關(guān)系的,如方程1所示。?U=I?ESR Eq 1I是施加電流。ESR囊括了電極,電解質(zhì)以及電子接觸電阻。電壓U下降越低,從電池中獲取的輸出能量E越大,如方程2所示。E=(U0 - ?U)?It Eq 2Uo為電池實(shí)際電壓,t分別為充放電的時(shí)間。 當(dāng)電壓急劇下降時(shí)電池可用容量達(dá)到極限。放電過(guò)程在電壓達(dá)到2.75V時(shí)停止。在這個(gè)電位下,SOC被定義為0%。放電深度(DOD)為100%。應(yīng)該盡量避免電壓超過(guò)電池的額定值。電解質(zhì)變質(zhì)或者電極材料降解會(huì)導(dǎo)致電池性能和壽命的降低。注意:不推薦電池過(guò)度充電和放電。這將可能造成電池過(guò)熱導(dǎo)致嚴(yán)重事故。長(zhǎng)時(shí)間未使用的可充放電電池每年至少要充電一次,以防止其過(guò)度放電。充放電倍率術(shù)語(yǔ)充放電倍率被用于描述電池充電或者放電的快慢程度。在本應(yīng)用指南中使用的電池在0.2充放電倍率時(shí)有倍率容量Q約為40mAh。根據(jù)以下公式,這意味著5小時(shí)內(nèi)理想情況下可以獲得8mA。在采用更高的充電倍率時(shí)電池可以更快得充電。反之亦然,可以在更短的時(shí)間內(nèi)獲得能量。然而,高充放電倍率會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能和壽命。圖4顯示的是隨放電倍率增加的五條放電曲線(從深綠至淺綠)。對(duì)電池電壓相對(duì)于容量作圖。由 Gamry’s Echem Analyst軟件自動(dòng)計(jì)算得到。圖4—紐扣電池采用不同放電倍率時(shí)單獨(dú)放電曲線(電壓相對(duì)于電池容量)。(●)0.2C,(●)0.4C,(●)0.6C,(●)0.8C,(●)1C。先將紐扣電池充電至4.2V然后長(zhǎng)時(shí)間保持在該電位下至電池完全充電。隨后,電池放電至2.75V。充放電倍率在0.2C(8mA)和1.0C(40mA)之間切換。表1 總結(jié)了在該實(shí)驗(yàn)中得到的一些參數(shù)。充放電倍率0.20.40.60.81.0I[mA]816243240t[h]4.02.01.31.00.7[mV]-4.8-8.8-13.1-17.3-20.8ESR[m]605555548542522Q[mAh]31.831.331.130.128.7E[mWh]118115112107101表1—放電倍率對(duì)放電時(shí)間t,歐姆電位降?U,ESR,容量Q以及能量E的影響。如前所述,放電時(shí)間t隨放電倍率的增加而減少。需要注意的是放電時(shí)間比理論放電時(shí)間要短。這些變化主要受到電池使用時(shí)間、使用次數(shù)以及溫度的影響。放電倍率增加同樣會(huì)增加歐姆電位降。這將對(duì)電池的容量和能量產(chǎn)生負(fù)面的影響。在電池充放電倍率從0.2C增大至1.0C時(shí),容量降低約10%。同樣需要注意的是ESR隨充放電倍率的增加而減小。這可以從電池溫度的升高解釋。然而,降低容量和能量的劣勢(shì)會(huì)大于這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外,電池較高的溫度會(huì)導(dǎo)致材料的降解。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定IR測(cè)試功能之后將自動(dòng)計(jì)算得到歐姆電壓降。測(cè)試得到的電壓在 Echem Analyst 軟件中的Vu一欄列出。需要注意的是,采樣速率必須低于1s。電池循環(huán)一個(gè)測(cè)試電池長(zhǎng)期穩(wěn)定性的典型實(shí)驗(yàn)就是電池循環(huán)。為此電池將被充放電數(shù)百次然后測(cè)試容量變化。圖5顯示的是標(biāo)準(zhǔn)的電池充放電實(shí)驗(yàn)(CCD)。紐扣電池首先以1.0C的充電倍率(40mA)充電至4.2V。然后保持電壓恒定維持至少72小時(shí)或者如果電壓達(dá)到1mA。隨后電池以1.0C的放電倍率放電至2.7V。重復(fù)該實(shí)驗(yàn)100圈。深色曲線顯示的是容量。淺色曲線顯示的是容量與初始相比的百分百。圖5—紐扣電池CCD實(shí)驗(yàn)100圈以上。(●)充電,(●)放電。電解質(zhì)雜質(zhì)或者電極的缺陷通常都會(huì)導(dǎo)致容量的下降。在該實(shí)例中給出的測(cè)試電池均顯示出良好的循環(huán)行為。紐扣電池的ZD容量大概在28.7mAh。容量?jī)H在100圈以后略有下降???cè)萘繙p少約為4.5%。此外,Echem Analyst軟件可以計(jì)算庫(kù)侖效率Hc。其描述了電池在充放電過(guò)程中的電荷效率(如方程3所示)。漏電流和自放電理想情況下,電池電壓在沒(méi)有外部電流時(shí)是保持恒定的。然而,實(shí)際上的電壓即使在電池沒(méi)有連接外部負(fù)載的情況下也會(huì)隨時(shí)間而減小。這個(gè)效應(yīng)被稱(chēng)為自放電。所有的能量存儲(chǔ)裝置多多少少都會(huì)受到自放電(SD)的影響。圖6顯示的是新的紐扣電池上自放電實(shí)驗(yàn)示意圖。電池首先被充電至4.2V然后恒壓停留在該電位3天。然后測(cè)試9天中電池開(kāi)路電壓的變化。圖6—紐扣電池上的自放電實(shí)驗(yàn)。電池顯示出非常好的自放電行為。一開(kāi)始,電壓下降超過(guò)6mV。隨后,下降率減緩至低于1mV/天。在9天后,電壓總共下降15.6mV。電壓降對(duì)應(yīng)初始值約降低0.37%。表2總結(jié)了自放電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。t[d]12349SD[mV]6.38.610.01115.6SD[%]0.150.210.240.260.37表2—上述自放電實(shí)驗(yàn)總結(jié)自放電是由電池中被稱(chēng)為漏電流(Ileakage)的內(nèi)部電流所導(dǎo)致的。自放電率主要受電池使用時(shí)間以及用法,還有其初始電壓以及溫度所決定的。圖7顯示的是在兩個(gè)紐扣電池上漏電流的測(cè)試。一個(gè)電池是新的而另一個(gè)被短時(shí)間加熱至100℃以上。兩個(gè)電池初始時(shí)均被充電至4.2V。然后電池電壓保持恒定并且測(cè)試電流。圖7—超過(guò)4天紐扣電池漏電流測(cè)試。(●)新電池,(●)使用過(guò)的電池。測(cè)試采用一個(gè)被稱(chēng)為PWR Leakage Current. Exp 的特殊腳本程序完成。采用用戶(hù)輸入的ESR值避免了I/E轉(zhuǎn)換器量程的變化。推薦不要采用恒電位測(cè)試去測(cè)量電池的漏電流。測(cè)試電流在持續(xù)減小。需要注意的是在4天之后電流仍沒(méi)有達(dá)到恒定。然而,許多廠商指定的漏電流值Ileakage是在72小時(shí)之后測(cè)量得到的。在這個(gè)情況下,新電池的漏電流約為4.7μA。而使用過(guò)的紐扣電池為10μA,為新電池的兩倍。一般來(lái)說(shuō),電池不能使用太長(zhǎng)時(shí)間,應(yīng)該定期檢查和充電。為了電池性能和壽命不受到嚴(yán)重影響,自放電不能超過(guò)40%。自放電率很高的電池就不能夠再使用了。EIS 測(cè)試圖8顯示的是不同電壓下4個(gè)不同的Nyquist圖。紐扣電池首先分別被充電至3.9V,4.1V,4.3V和4.5V。然后恒電壓保持直到電流下降至1mA以下。這個(gè)過(guò)程確保EIS測(cè)試過(guò)程中電壓是恒定的。恒流EIS實(shí)驗(yàn)是從100kHz至10mHz。直流電流為0,交流電流設(shè)置為10mA rms。圖8—紐扣電池上不同電壓下的Nyquist圖示意圖。(●)3.9V,(●)4.1V,(●)4.3V,(●)4.5V。Nyquist圖的形狀取決于電池電壓。在低電壓時(shí),如3.9V和4.1V,兩條曲線幾乎重合。電池的阻抗在較高電壓時(shí)增大。Nyquist圖分別在4.3V 和4.5V時(shí)往右偏移并且半圓弧變大。為了能更好的理解,引入EIS電路模型。圖9所示的是鋰離子電池典型的阻抗譜模型。圖9—代表鋰離子電池的簡(jiǎn)單EIS模型。RESR代表電池的ESR。ESR為高頻時(shí)的極限阻抗。很容易通過(guò)Nyquist曲線和x軸(Z實(shí)軸)的交點(diǎn)估測(cè)。并且,其假設(shè)了每一個(gè)電極/電解質(zhì)界面均有雙電層電容和電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct。這些每一個(gè)元件的并聯(lián)電路代表了Nyquist示意圖中的半圓弧。為了強(qiáng)調(diào)兩電極的多孔和不均一性,采用常相位角元件(CPE)來(lái)替代雙電層電容。其整合了在非理想電極/電解質(zhì)界面上所有的極化效應(yīng)。理想情況下,可以假定CPE為一個(gè)電容器。需要注意的是,兩電極結(jié)構(gòu)測(cè)試體系得到的阻抗譜并不能將兩電極區(qū)分開(kāi)來(lái)。為了測(cè)試單電極界面的阻抗,你需要在電池中插入一個(gè)參比電極。所有Nyquist曲線在低頻區(qū)都顯示出角度約為45°向上的對(duì)角線。這個(gè)區(qū)域可以通過(guò)Warburg阻抗ZW進(jìn)行模擬。它描述了有限厚度擴(kuò)散層中的線性擴(kuò)散現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化,只考慮一個(gè)電極中的擴(kuò)散現(xiàn)象。表3 總結(jié)了如圖8所示前述EIS實(shí)驗(yàn)中得到各個(gè)擬合參數(shù)。需要注意的是,參數(shù)Y以及其無(wú)量綱指數(shù)定義了常相位角元件。Y的單位為(西門(mén)子乘以時(shí)間秒的a次冪)。當(dāng)a=1,Y的單位為法拉第(F),其代表了一個(gè)理想電容器。與此相反,如果a=0,Y為電阻的倒數(shù),其單位為S=Ω-1 RESR[mΩ]382.5Rct,1[mΩ]594.5Ydl,1[S?sa]0.020adl,10.487Rct,2[mΩ]793.8Ydl,2[S?sa]0.042adl,20.635W[S?s0.5]5.113擬合度2.30X 10 ̄4圖3—紐扣實(shí)驗(yàn)充電至3.9V時(shí)EIS實(shí)驗(yàn)的擬合參數(shù)。擬合電路模型如圖9所示。另外,如果采用適當(dāng)?shù)哪P蛯?duì)現(xiàn)有體系進(jìn)行擬合,如圖所示“擬合度”可以很好得評(píng)估此時(shí)模擬符合的程度。當(dāng)擬合度在〖1×10〗^(-4)或者更低時(shí)表示此時(shí)擬合很好。在測(cè)量值和擬合計(jì)算值之間的誤差僅有約為1%。如果擬合度的值高于0.01,那么就需要考慮采用別的模型進(jìn)行擬合了。電池堆棧為了實(shí)現(xiàn)更高的功率需求,通常將單電池組裝成串并聯(lián)裝置。在需要較高電壓的場(chǎng)合,在應(yīng)用中采用電池串聯(lián)裝置。總電壓U為各個(gè)單電池電壓Ui的加和與此相反,并聯(lián)裝置經(jīng)常在有較高電流的需求時(shí)使用。此外,經(jīng)常采用額定功率安培時(shí)較低的系列電池。總電流I是每個(gè)電池單電流Ii的總和。堆??傠妷汉蛦坞姵仉妷罕3忠恢?。兩種結(jié)構(gòu)在采用標(biāo)準(zhǔn)單電池時(shí)可以更靈活得進(jìn)行組合。然而,對(duì)于電池堆棧而言更重要的是避免電池的失效。單電池失效會(huì)降低整個(gè)電池堆棧的性能。一般來(lái)說(shuō),堆棧和其單電池需要保持相互平衡。每個(gè)單電池要表現(xiàn)出相似的參數(shù),如電壓窗口或者是阻抗。在不平衡的堆棧中,可能會(huì)由于過(guò)度充電或者放電導(dǎo)致單電池過(guò)熱。因此有必要采用先進(jìn)的軟件去控制單電池以及整個(gè)堆棧。Gamry采用多通道恒電位系統(tǒng)或者是Reference3000外加輔助靜電計(jì)兩種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電池堆棧的監(jiān)控。兩種系統(tǒng)都可以在電池堆棧上完成所有上述討論的實(shí)驗(yàn)。因此,可以實(shí)現(xiàn)電池堆棧以及單電池信息的獲取。結(jié)論本應(yīng)用指南主要對(duì)鋰離子電池進(jìn)行了測(cè)試。闡述了鋰離子單電池以及電池堆棧的裝置以及各項(xiàng)重要參數(shù)。在單個(gè)紐扣電池上進(jìn)行了不同的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了循環(huán)充放電,漏電流以及自放電等各項(xiàng)測(cè)試。通過(guò)簡(jiǎn)單的EIS模型對(duì)阻抗測(cè)試的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。
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