AC-импеданс является широко используемым методом детектирования ионно-литиевой батареи.Основным принципом является использование разных типов импеданса внутри литиево-ионной батареи для реагирования на разное время. Применяя различные сигналы синусоидальной волны в соответствии с обратной связью (текущий сигнал или Сигнал напряжения). Дифференциация между различными типами импеданса, например, высокочастотной фазой, в основном, является электронным контактным импедансом в литий-ионной батарее и сопротивлением диффузии Li + в электролите. Фазовая реакция промежуточной частоты представляет собой главным образом заряд интерфейса электрода / электролита. Обменный импеданс, основной реакцией в низкочастотной фазе является диффузионное сопротивление Li + в активном материале и пленке SEI.
Литиево-ионный аккумулятор саморазрядного скрининга является очень важной задачей для литий-ионных батарей. Он напрямую связан с надежностью аккумуляторных батарей. В целом производители аккумуляторов будут хранить литий-ионные батареи при комнатной температуре или высокой температуре в течение 7-28 дней. Скрининг батарей с различными скоростями саморазряда путем обнаружения распада напряжения и мощности сделал саморазряд узким местом в производстве литий-ионных батарей. Пьеро С. Аттидеку, Университет Ньюкасла, Великобритания (первый автор, информационный бюллетень) Авторы) Благодаря применению метода полного сопротивления переменного тока время саморазрядки литиево-ионных батарей сократилось с нескольких недель до 10 минут. Продолжая оптимизацию, ожидается, что время экранирования сократится до 1 мин.
Pierrot S.Attidekou использовал две цилиндрические батареи 40Ah от известного военного и космического литий-ионного аккумулятора SAFT (информация о батарее приведена в таблице ниже), одна из которых - обычная батарея (скорость саморазряда 2.108) мВ / сутки, батарея 2), другой саморазряд большой (скорость саморазряда 3,940 мВ / сутки, батарея 1), они были испытаны в 0% состоянии SoC (разность C / 10 до 3,2 В), разные температуры ( Спектр полного сопротивления переменного тока при 15, 20, 25, 30 ° C).
На рисунке ниже показан спектр EIS двух батарей при разных температурах. Из рисунка видно, что спектр EIS двух батарей состоит в основном из двух дуг, первый из которых состоит из небольшой дуги средней полосы частот, а второй. Для большой дуги низкочастотной полосы радиус дуги уменьшается по мере увеличения температуры, и вся кривая движется влево (импеданс меньше), что указывает на то, что не только перезарядка внутри батареи увеличивается с увеличением температуры. Импеданс значительно снижен, а диффузионное сопротивление Li + в электролите также демонстрирует значительный тренд вниз.
В соответствии с характеристиками вышеприведенной карты EIS, PierrotS. Attidekou разработал следующую эквивалентную схему, где L1 - индуктивность, омический импеданс R1, а последние два параллельных сопротивления представляют собой две полуокружности на рисунке, где CPE является элементом постоянной фазового угла, в основном Некоторые емкостные характеристики интерфейса реакционного электрода, Rp, a и Rp, c являются отрицательным и положительным импедансом перезарядки, а Wa и Wc являются твердофазным диффузионным импедансом Li + на отрицательном электроде и положительном электроде.
Спектры EIS двух батарей установлены эквивалентной схемой, показанной на приведенном выше рисунке. Результаты показаны в следующей таблице. Все погрешности монтажа составляют от 0,6 до 2,4%, а следующая таблица a - саморазряженная батарея. В таблице b ниже показана батарея с более медленным саморазрядом. В таблице R1 представляет собой омический импеданс внутри ионно-литиевой батареи, такой как контактное сопротивление между электролитом, токоприемником, диафрагмой и частицами активного материала. Повышение температуры, R1, показывает тенденцию к снижению, главным образом потому, что диффузионное сопротивление Li + в электролите уменьшается по мере повышения температуры. На графике ниже показана зависимость между R1 и температурой T, как видно из рисунка. Обычная саморазряженная батарея имеет линейную зависимость между log (1 / R1) и 1000 / T, в то время как саморазряженная батарея демонстрирует нелинейную характеристику, указывающую, что она находится в саморазряженной батарее. Есть некоторые недостатки.
Принцип работы EIS заключается в использовании разных импедансов с разными временными константами (как показано в следующем уравнении). На следующем рисунке показаны постоянные времени положительного (треугольника) и отрицательного (квадратного) двух батарей в зависимости от температуры. Только батарея показывает тенденцию, что положительная постоянная времени значительно больше, чем отрицательная, но при увеличении температуры батареи постоянная времени положительного и отрицательного электродов уменьшается. Для саморазряженной батареи 1, когда температура батареи достигает 25 ° C В будущем постоянная времени положительного электрода меньше, чем у отрицательного электрода. Для батареи 2 с медленным саморазрядом постоянная времени положительного электрода только меньше постоянной времени отрицательного электрода, когда температура достигает 30 ° С. С этой точки зрения также можно наблюдать саморазряд. Есть проблемы с более быстрой батареей 1.
На приведенном ниже графике показана зависимость между логарифмом сопротивления перезарядки Rp положительного и отрицательного электродов двух батарей и температурой батареи. Пьеро С. Аттидеку полагает, что импеданс первого полукруга на диаграмме EIS обусловлен главным образом мембранным импедансом SEI отрицательного электрода и отрицательного электрода. Сопротивление перезарядки составлено, а вторая полукруга на диаграмме EIS в основном состоит из импеданса перезарядки положительного электрода. Автор делает логарифм импеданса перезарядки и температурной кривой (как показано на рисунке ниже). Можно видеть, что при более низких температурах импеданс отрицательного электрода значительно выше импеданса положительного электрода, но это явление меняется с ростом температуры. Для батареи 1 с более быстрым саморазрядом при 25 ° C Сопротивление заднего отрицательного электрода ниже импеданса положительного электрода, а импеданс отрицательного электрода батареи 2 с медленным саморазрядом ниже, чем импеданс положительного электрода при 30 ° C, что также можно использовать в качестве основы для различения саморазряда литиево-ионной батареи.
На следующем рисунке показаны данные коэффициента диффузии Li +, полученные Пьеро С. Аттидеку на основе данных об импедансе переменного тока. Можно видеть, что коэффициенты диффузии Li + обеих батарей увеличиваются с повышением температуры, но все же можно видеть, что две батареи очевидны. Gap, это также можно использовать в качестве основы для оценки различных батарей с разрядкой разряда.
AC-импеданс является мощным инструментом для изучения внутренней реакции и химических изменений литий-ионных батарей. Работа Pierrot S. Attidekou показывает, что саморазряд различных ионно-литиевых батарей имеет омический импеданс, импеданс перезарядки и емкость интерфейса с температурой. Разницу можно использовать для экранирования литиево-ионных батарей с различными скоростями саморазряда, что ускоряет саморазрядное экранирование литий-ионных батарей и повышает эффективность производства.
