聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法与流程

本发明属于电化学领域，尤其涉及一种聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法。
背景技术：
：内阻是衡量聚合物锂离子电池性能的一个重要技术指标。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池，由于内部化学特性的不一致，内阻也不一样。电池的内阻很小，我们一般用毫欧的单位来定义它。目前，交流内阻的测试方法为：利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1000Hz，50mA的恒定电流，对其电压采样、整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值，该方法存在的问题在于需要直接对电池进行测试。但实际情况是在电池制作前期往往需要对电池的一些基本性能进行评估进而优化设计。现在工程应用领域普遍采用的方法是根据内阻与容量相对应的反比例关系大致估算电池的内阻，精度不高，误差较大。因此能相对精确地提前预知电池的内阻显得尤为重要。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法，旨在提前预知电池的放电性能等关键性指标。该方法不需要通过得到电池实体后再对电池进行测试，算法简便、快捷且有预见性。本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法，其特征是：具体步骤如下1)将聚合物锂离子电池的交流内阻定义为正负极箔材内阻和电化学内阻之和；2)建立正负极箔材内阻等效图形：设定极耳与箔材的接触点为初始点，将等效图形分为三个部分，包括依次连接的直角三角形A、平行四边形B和直角三角形C构成正负极箔材内阻的矩形等效图形，直角三角形A与直角三角形C面积相同；3)对直角三角形A部分的内阻进行积分，根据直角三角形A部分的内阻可以表示为积分后得直角三角形C部分的内阻与直角三角形A部分的内阻相等，RC＝RA；平行四边形B部分的内阻可以表示为得到正负极箔材的内阻表示为R0＝2*RA+RB；4)确定电化学内阻值，Rct与S为反比例的关系，将Rct与S的乘积等效为一个常数，Rct常数＝Rct*S，再通过对涂敷量M修正进一步优化得到电化学内阻表达式为等效图中l、w分别为箔材的长宽，d为箔材的对角线；5)将步骤3)、4)的内阻进行整合，得到聚合物锂离子电池的交流内阻R＝R0正+R0负+Rct。有益效果：与现有技术相比，本发明的实际意义是在聚合物锂离子电池制作初期，根据结合电池在终端的使用要求，对电池的性能进行评估，提前预知电池的重要参数内阻。本发明提供的聚合物锂离子电池交流内阻的计算方法简单、高效，易于实现，且误差小，获得接近实测值的内阻有助于锂离子电池机理性能的研究，为电池的设计提供了更多的支持。附图说明图1是计算箔材内阻的等效示意图；图2是不同型号计算的内阻与实际值的比较图。具体实施方式下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。详见附图，本实施例提供了一种聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法，具体步骤如下：1)将聚合物锂离子电池的交流内阻定义为正负极箔材内阻和电化学内阻之和；2)建立正负极箔材内阻等效图形：设定极耳与箔材的接触点为初始点，将等效图形分为三个部分，包括依次连接的直角三角形A、平行四边形B和直角三角形C构成正负极箔材内阻的矩形等效图形，直角三角形A与直角三角形C面积相同；3)对直角三角形A部分的内阻进行积分，根据直角三角形A部分的内阻可以表示为积分后得直角三角形C部分的内阻与直角三角形A部分的内阻相等，RC＝RA；平行四边形B部分的内阻可以表示为其中：θ1-箔材宽w与对角线d的夹角；θ2-箔材长l与对角线d的夹角；μ-箔材的厚度；ρ-箔材的电阻率；d-长方形箔材的对角线BD；x-以B为端点，到O之间的任意一段距离，其中O是BD和AE的垂足；e-A与O之间的距离；f-O与E之间的距离；h-B与O之间的距离。得到正负极箔材的内阻表示为R0＝2*RA+RB；4)确定电化学内阻值，电化学内阻值相当于是平铺在箔材表面的若干个材料小颗粒并联而产生的内阻。其特点是面积越大，并联后内阻值越小，即Rct与S是一个反比例的关系，因此可以将Rct与S的乘积等效为一个常数，Rct常数＝Rct*S，再通过对涂敷量M修正进一步优化得到电化学内阻表达式为等效图中l、w分别为箔材的长宽，d为箔材的对角线；5)将步骤3)4)的内阻进行整合，得到聚合物锂离子电池的交流内阻R＝R0正+R0负+Rct。实施例11)聚合物锂离子电池cell1的基本信息如下：正极为钴酸锂，负极为人造石墨，4.4V体系，容量为2250mAh，外部尺寸分别为厚度3.7mm、宽度66mm、长度54mm。经过初步的设计评估，得到电池的相关信息如表1：表1cell1的相关设计数据表2)经查，铝箔的电阻率为运用在本发明中建立的等效图形及推测方法，得到θ1正＝arccos(w/d)＝arccos(46.7/757.4)＝1.51；e正＝w*sinθ1＝46.7*sin1.51＝46.61；h正＝w*cosθ1＝46.7*cos1.51＝2.88；f正＝h2/e＝2.882/46.61＝0.18。根据推测公式通过对钴酸锂体系聚合物锂离子电池的R0进行修正，得到修正系数0.25，故R0正＝0.25*(2*RA正+RB正)＝11.46Ω。3)与上述(2)中同理，查得铜箔的电阻率为运用在本发明中建立的等效图形及推测方法，得到θ1负＝arccos(w/d)＝arccos(48/760.5)＝1.51；e负＝w*sinθ1＝48*sin1.51＝47.9；h负＝w*cosθ1＝48*cos1.51＝3.03；f负＝h2/e＝3.032/47.9＝0.19。根据推测公式，得到故可以得到R0负＝0.25*(2*RA负+RB负)＝13.05Ω4)通过对4.4V体系、正极为钴酸锂、负极为人造石墨的不同型号电池的内阻及相关基本数据进行收集分析，从而计算出Rct常数。为了更加接近真实值，取其平均值，得到Rct常数＝535824。对于该体系及材料特性，选取涂敷量的修正系数为40mg/cm2。通过公式5)推算cell1的交流内阻为R＝R0正+R0负+Rct＝11.46+13.05+16.09＝40.6Ω，实际测得的内阻为40.2Ω，误差相差1％。表3不同型号计算内阻与实测内阻的比较表型号容量/mAhR0正/ΩR0负/ΩRct/Ω实测内阻值/Ω计算内阻值/Ω误差/％Cell1225011.4613.0516.0940.2040.601.00％Cell219703.617.5617.7429.0028.91-0.31％Cell316809.3811.2117.2441.0037.84-7.72％Cell424708.1310.4912.8931.2031.510.99％Cell527206.159.0213.1627.7428.322.08％Cell629804.476.449.4422.0020.36-7.47％Cell730005.008.3210.3725.2423.69-6.17％Cell830407.6810.349.5027.6127.52-0.32％Cell932107.109.8910.0329.0027.02-6.82％Cell1032207.099.8611.1127.5028.062.02％Cell11357013.7117.569.2540.1040.531.07％Cell1238558.7511.278.9328.7028.950.87％Cell13395014.2015.798.8036.1038.797.46％Cell1440309.5411.967.6929.3029.19-0.37％Cell1540409.5411.968.0729.3029.570.90％本发明优选考虑聚合物锂离子电池的容量在1000mAh以上。聚合物锂离子电池的正极主料包括但不限于钴酸锂LCO、镍钴锰酸锂NMC、镍钴铝酸锂NCA、锰酸锂LMO、磷酸铁锂LFP等。聚合物锂离子电池的负极主料包括但不限于人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软炭、硬炭、硅碳等。聚合物锂离子电池的隔膜包括但不限于普通PE隔膜、PP隔膜、陶瓷隔膜、陶瓷混胶隔膜。聚合物锂离子电池的电解液是与主料体系相配的混合液。上述参照实施例对该一种聚合物锂离子电池交流内阻的推测方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3