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一、锂电池的历史
1912 年锂金属电池最早由 Gilbert N.Lewis 提出并研究。20 世纪 70年代时 M.S.Whittingham 提出并开始研究锂离子电池。随着不断地研究和改良,锂电池的性能得到很大的提高已经成为了储能领域的主流,应用到我们生活的方方面面。而随着应用领域的扩展人们对锂电池性能的要求也越来越高,因此我们需要对锂电池的能量密度、循环次数、充电速度以及安全性方面继续改进。
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料使用非水电解质溶液的电池。
目前主流的锂离子电池,一般按照正极材料类型命名,磷酸铁锂、锰酸锂等即为正极材料的类型;负极为石墨材质;正极集流体铝箔,负极集流体为铜箔。
放电时外部负载接通后,在电池本体以外形成电流通路。由于正负极之间存在电势差,负极附近的电子首先通集流体和外部导线向正极移动;负极周围的锂离子浓度升高。从负极经过外部电路到达正极的电子,与正极附近的锂离子结合,嵌入正极材料,正极附近的锂离子浓度降低。正负极之间的锂离子浓度差形成。这样,就完成了电池放电过程的第一推动。
随着锂离子在离子浓度差的推动下离开负极,负极附近出现空缺,负极材料内的锂离子,从负极脱嵌,进入电解液中;大量锂离子从电解液中穿越隔膜,自负极向正极移动。同时,原本与锂离子以结合形态在在的电子,则通过外部电路去往正极。电池开始了按照负载的需求进行的放电过程。
充电是放电的逆过程,同样的脱嵌,移动,嵌入几个阶段,只是推动过程发展的动力来自于充电机理,而离子的运动方向是自正极向负极运动。
二、艾德茂Admiral 工作站关于电池测试的常用方法
2.1 EIS交流阻抗谱
锂电池在工作工程中主要的阻碍因素是电池的内阻,EIS 交流阻抗谱可以帮助我们快速地得到这只电池的欧姆电阻Ro,SEI 膜的扩散电阻RsE,SEI膜的电容值,电荷在电解液和活性物质界面间传递的等效电阻值 Rc以及电荷在电解液中扩散电阻值 Rw。
以下是一个 2300mAh 的 18650 电池的阻抗谱:
而需要得到这些电阻的准确值就需要等效电路拟合软件,Admiral 提供功能强大且操作简便的离线分 析软件,可快速完成 EIS 等效电路拟合:
2.2 CV循环伏安
循环伏安扫描可以得到电池的氧化还原峰电位的位置和峰电流的大小,用不同的扫描速率的曲线对比 可以直观地观察到峰电位和峰电流的变化。 Admiral 的自建序列测试功能可以轻而易举地实现不同扫速的 CV 连续测试。
以下是一个扣式电池分别在0.1mv/s,0.2mv/s,0.3mv/s,得到的循环伏安曲线。
2.3 CC-CV(恒电流+恒电位)充放电
循环充放电可以让我们知道电池在多次充放电循环后电池容量的衰减情况。
以下是一个 1000mAh的小软包电池的充放电曲线,软件实时记录电流,电压:SoC,库伦效率. dQ/DV (由于Admiral 电化学工作站是5电极结构,如果电池有参比电极,仪器可以同时记录正极对参比和 负极对参比的电压)。
2.4 不同SOC下的交流阻抗测试
测试不同 SOC 状态下电池阻抗的变化情况在电池研究中也是经常会用到。用 Admiral 的自建序列测 试功能也能轻松实现。
以下是一个 1000mAh 的小软包电池在不同 SOC 下交流阻抗测试的例子,SOC增加的步长为10%,采用开路下电压扰动的交流阻抗的测试方法。
还有更多测试方法,欢迎致电或微信陕西毅杰:19829651059获取技术资料;
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