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技术干货丨锂电池内阻是一门学问,讲明白可不件容易的事

技术干货丨锂电池内阻是一门学问,讲明白可不件容易的事 百耐信科技
2021-01-15
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导读:关注百耐信,了解更多新能源锂电行业资讯与干货。


目录

a)电极化与内阻

b)锂离子电池电阻的构成

c)电池的电化学阻抗分析

d)交流内阻与直流内阻


01

电极化与内阻:


电阻(resistance)


    电阻代表1个电路元件对工作电流传送的妨碍水平的高低。单位是欧姆。


那麼电极化是怎么来的呢?


    电池放电时全部这类能量都无法彻底转换为电能,电化学反应一直随着能量的损耗,这类能量损耗包含:1)活化电极化--它引发电极表层的电化学反应2)浓差极化--它是因为电极表层和体相中反应物和产物浓度的差异而形成的,是化学物质传送的結果。电极化的出现损耗了一部分能量,并且以热的形式释放。


电极化(polarization)


    电池在充放电流程中是出现电极化的,一般 可将锂离子电池电极化分为欧姆电极化、电化学电极化和浓差极化三类。几种电极化各自的响应时间也不太一样。影响电极化水平的要素许多 ,但通常状况下充放电电流强度越大,电极化也就越大。


下列分类解释一下:


(1)欧姆电极化


    简而言之,有锂离子电池的欧姆内阻引发的电极化,叫欧姆电极化,也成电阻电极化。电池的欧姆内阻(R)由电极材料、电解液、隔膜电阻及各一部分部件的接触电阻构成(有些解释还把膜电阻也算上),经过一定的工作电流时,其电极化电势可以计算,E=IR(欧)。


    欧姆电极化是瞬间产生的。


(2)电化学电极化


    指因为正、负极上电化学反应速率小于电子运动速率而导致的电极化。电化学电极化通常认为是微秒级的


(3)浓差极化


    指因为参与反应的锂离子在固相中的扩散速率小于电化学反应速率而导致的电极化。浓差极化通常认为是秒级的。



02

锂电池内阻的构成:


    通俗来讲,和欧姆电阻(IR)一样,活化电极化和浓差极化都能够解释成电池内阻的构成要素,也就是说成是活化阻抗和浓差阻抗。活化电极化和浓差极化的高低须要构建繁杂的数学模型对其进行计算。


内部阻抗由下列几一部分构成


☆离子电阻

①隔膜内部的电解液

影响因素

电解液电导率,隔膜总面积、厚度、孔隙率、曲折系数(Gurley)

②正极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

③负极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数


☆电子电阻

①两个电极的活性物质

影响因素

电极导电率、厚度、面积

②集流体(铜箔和铝箔)

影响因素

集流体厚度、宽度、长度,极耳数量、位置

③引线(极耳、极柱、内部导电连接元件)

影响因素

外形尺寸、导电率

☆活性物质与集流体的接触电阻

正极物质与铝箔

负极物质与铜箔


03

电池的电化学抗阻:


    把电极做一个等效电路图,主要是有欧姆抗阻Rb,双电层电容Cd、电化学反应抗阻Rct以及扩散电阻Rw组成。一般而言,在锂离子的置入和脱落循环环节中,Rb值转变通常并不大,而Cd和Rct的转变却比较显著。

    电池阻抗主要是表现为电化学反应阻抗,而欧姆阻抗相对较小。由下图可知。伴随着环境温度的降低,电池抗阻逐渐上升,且降低至0°C以后,抗阻速度增加,阴极抗阻呈类似的趋势,从数值上来看,电池的抗阻主要是来源于阴极抗阻的贡献。

    其实在电池的整个循环环节中,阴极的抗阻占据整个电池抗阻的主要是部分,只比整体电池的抗阻略小一些,伴随着充放电循环的进行,阴极抗阻增加,电池的抗阻也随之增加。因此 在电极制作的环节中需要特别注意阴极电阻的测试,极片电阻率特别重要。


04

交流内阻与直流内阻:


    用交流法测出的是电池的抗阻,其实在企业里都通常要求测试电池的直流内阻(DCR),IEC标准也对电池直流抗阻的测试做出了要求。


IEC测试方法


    电池满充电后,以0.2C放电10s,测试电压为U1,电流I1.然后以1C放电1s,此时电压为U2,电流I2.那么电流直流内阻为:

    那么直流内阻和交流到底有多少差别呢?


    以下为测试报告,从统计数据上看,电池的交流内阻和直流内阻相关,基本上合乎线性相关。

    根据电池EIS测试结论,电池的交流内阻与欧姆电阻相近,可是直流内阻却涵盖了欧姆内阻和活化抗阻,因此 总体来说,直流内阻的测量有很重要的实际意义。



深圳市百耐信科技有限公司


    深圳市百耐信科技科技有限公司是一家集研发、制造、销售与技术服务为一体的国家高新技术企业。公司2010年成立于深圳市,经近十年的发展建立并健全了高质量的目标管理体系,专门为新能源锂电组装以及制造领域提供整套的生产设备与技术服务。公司秉承百分百投入,耐心服务,值得信赖的经营理念,不断开拓创新,拼搏进取,我们致力于成为优秀的新能源锂电池组装设备与技术服务商。


公司部分热销产品


01

新能源锂电池PACK自动化装配线系统:


    随着18650电池在新能源领域的广泛应用,自动化设备成为电池企业核心竞争力之一。作为国内设备企业的代表企业,百耐信科技根据电池模块组的特点,自主开发了锂电池PACK自动化装配线系统:该系统集成了锂电池贴纸系统、分选测试系统、电池组自动组装系统、CCD视觉识别系统、自动点焊系统。选用全自动上料、自动分选机构,保证产品采用电芯一致性的同时,可全自动扫描获取电芯条形码,并与PACK条形码做好等级划分然后绑定和记录,结合MES系统能够完整追溯产品生产制造的数据信息。


    现阶段该装配线已实现电池及模组在上料、分捡、组装、焊接、测试等环节的全过程自动化,节奏稳定。现阶段在生产关键步骤中增加了自动检测系统、自动校验、自动处理系统,完全使用机械手替代了传统式人工的繁杂作业,确保了产品品质的稳定性。目前实际运营数据表明,生产线整体运行安全稳定、处理效率高、生产产品品质稳定。



    该系统具有对整个生产制造过程的所有测试数据进行采集和管控统计,让计划层和控制层进行信息交互,实现对生产过程中的测试结果和数据进行有效追踪和品质管控,真正实现锂电池组组装生产的信息化和自动化的“两化”融合,使锂电池组组装向“工业4.0”迈进。



02

双面自动点焊机:DH-20000RF/DH-20000RG


    本系列产品为双面自动焊机,效率高;采用9轴纯电动伺服电机,支持阵列与非阵列电池组快速编程。编程界面操作简单,支持CAD导图,阵列,手动三种;并支持任一点位编程和阵列编程,可存储编程文件任意组。且支持断点启动功能。


    独家定制的可旋转180°焊头,焊头轻巧,有效防止因焊头过重导致焊接电池变形、漏液问题。旋转焊头结构可支持异型电池组及有效纯镍片粘针问题。焊头采用水循环散热,能有效降低焊针损耗,提升焊接效果。

    本系统具备焊针使用次数记录、报警、与清零功能。支持焊针更换预报提醒,19寸显示屏,搭配工控机,可实时将焊接参数及异常焊点采集并显示出来,并可实时采集焊接结果。自带焊接电流监控系统,有效杜绝虚焊、假焊现象。具备对焊点的假焊、漏焊监测记录,焊接的所有参数都可追溯跟踪,方便数据管理。


    可单独调节单点焊、两点焊、三点焊,并且两点焊与三点焊的间距可调节。焊针压力亦可独立调节。并且支持同时切换焊接能量、正负极焊接能量切换功能。


03

单面自动点焊机:DH-10000RF/DH-10000RG


    本产品采用纯电动伺服电机,支持阵列与非阵列电池组快速编程。编程界面操作简单,支持CAD导图,阵列,手动三种;并支持任一点位编程和阵列编程,可存储编程文件任意组。且支持断点启动功能。


    独家定制的可旋转180°焊头,适用点焊任意角度镍片分流槽方向,焊头轻巧,有效防止因焊头过重导致焊接电池变形、漏液问题。旋转焊头结构可支持异型电池组及有效纯镍片粘针问题。焊头采用水循环散热,能有效降低焊针损耗,提升焊接效果。

    本系统具备焊针使用次数记录、报警、与清零功能。支持焊针更换预报提醒,19寸显示屏,搭配工控机,可实时将焊接参数及异常焊点采集并显示出来,并可实时采集焊接结果。自带焊接电流监控系统,有效杜绝虚焊、假焊现象。具备对焊点的假焊、漏焊监测记录,焊接的所有参数都可追溯跟踪,方便数据管理。


    可单独调节单点焊、两点焊、三点焊,并且两点焊与三点焊的间距可调节。焊针压力亦可独立调节。并且支持同时切换焊接能量、正负极焊接能量切换功能。


    可选配焊头内置进口压力传感器,可实时监控压力值及自动追踪补偿,保证焊接过程中焊接压力一致性。


04

逆变直流点焊机系列:WTB-5000/WTB-8000


    本公司逆变直流点焊机系列均采用数字化设置焊接参数,通过键盘操作清晰明了,方便快捷操作简易。可支持10组焊接参数的存储,方便多种焊接品种的快速切换。支持焊接电流锁定技术,防止电网电压波动影响焊接电流。

    本公司逆变直流点焊机系列的逆变桥采用软开关技术,可大幅减少开关损耗以及减小电磁干扰。并且支持电流异常的声光报警,监控值超限、网压超限、过热等故障诊断与报警功能,能有效的防止虚焊、假焊现象。支持DSP芯片控制,具有恒压指令输出和恒电流输出两种工作方式。且支持技术功能,可对焊接次数进行统计,方便了解工作效率。

05

自动分选机系列:FX-05C/FX-10D/FX-11A


    本公司自动分选机系列产品自带高精密内阻、电压、自动测试系统。设备能根据设定好的内阻电压值,将电芯精准的送到指定的档位。并且分选速度快,稳定性高,可使每颗锂电池性能高度一致。大料斗可上500支电芯,生产效率大大提高。

    本司自动分选机系列操作界面简单明了,易于操作,设计非常人性化。并且支持与自动贴青稞纸机对接使用,可大大节约人工,提高效率。可适用电池型号包括:18650、26650、21700、32650、18730.。适配性非常强!


06

百耐信- 自动青稞贴纸机 MD-480/MD-580


    本公司贴纸机产品采用伺服电机运动控制器与气动控制相结合,冲压刀模不粘胶,能循环工作,青稞纸贴合牢固,贴合一致性很好,可提高后期自动化点焊效率。

    本贴纸机投放电芯料斗可一次性上500支电芯,自动化上料,使得工作效率高。并且采用7寸触摸屏设计,调试简易操作方便。每个按钮清晰明了,分类清楚,方便调试与操作。单此冲垫4PCS,可与自动分选机对接使用,大大节约人工。可适用电池型号包括:18650、26650、21700、32650、18730.。适配性非常强!


07

视觉CCD检测设备:CCD-5035B/CCD-5036B


    本公司视觉CCD检测设备可通过CCD视觉识别方式判定电池组的电芯不同方式组合后电芯正负极的正反方向,并输出判定结果。以便快速确认所有电池组的全部电芯的正负极摆放是否正确。并且可支持自动启动及手动启动模式。

    该设备采用1000万像素高清定焦镜头,设备的最大检测范围为500mmx360mm,该设备编程简单便捷,可根据电芯的不同组合方式设定判定标准,可存储编程文件任意组。检测性能稳定可靠,效率高,可大大提供生产效率并降低错误率。

08

百耐信- 动力电池组综合测试仪


    百耐信-动力电池组综合测试系统功能支持:充电激活、单串压差测试、单串内阻差测试、充电电压、充电电流、充电△V充电DCR测试、充电过流保护、交流内阻(ACR)测试、直流内阻(放电DCR)、放电电压、放电电流、放电△V、放电过流保护、放电过流恢复、短路保护功能、短路激活充电等多项综合功能测试。

    综合测试仪电池放电电流增加两个档位,能快速看出两个测试结果差距。并且可以根据电池属性不同,在过流测试时,如果达不到过流测试起始电流,电池将自动进入保护状态。综合测试仪支持设置测试电流上限,电池过流测试达到设置值之后自动退出测试,防止大电流烧坏电池。 


    锂电池的不一致性的危害我们都很熟知:容量损失、寿命损失、内阻增大,而为了应对电池的不一致性除了在电池组组装之前进行精细的分选,再有就是综合测试仪中动态压差的测试功能,就是为了检测出电池组充放电的一致性。


    综合测试系统100V/400A/500A系列可细分为100V100A、100V200A、100V300A、100V400A、100V500A、100V600A五个档位,分别支持的放电电流及过流测试最大电流为100A、200A、300A、400A、500A、600A。


    综合测试仪是针对动力电池组的生产检测需要,研发专用于可充电池综合检测,测试仪可以对电池的一些参数做一个定量的精确的测量,可以测量电池的开路电压,内阻,充电,放电性能,电池容量特别针对锂电池的功能还有过充电保护,过放电保护,过电流保护,短路保护等功能,并测出过相应的数值,极大的方便了电池的生产和售前售后服务工作,采用非常简单的几个步骤就可以直观的判断电池的性能和好坏,同时也具有快速筛选的功能,可以设定测量参数的上限和下限,可以容易的从一批电池成品中快速检测出不良电池,提高了生产效率。



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