专利名称：一种基于交流阻抗谱的电池分选方法
技术领域：
本发明涉及锂离子二次电池，具体涉及一种电池分选成组的方法，尤其涉及一种基于交流阻抗谱的分选方法。
背景技术：
在现有的动力电池技术水平下，储能系统必须使用电池组来满足高功率、大容量的要求。由于同一类型、同一规格、同一型号电池间在电压、内阻、容量等方面的参数值存在差别，即电池性能存在一致性差异，使动力电池组在用于储能系统时性能指标达不到按单体电池预计的水平，电池组的使用寿命与单体电池相比缩短数倍甚至十几倍，严重影响储能系统的应用。电池不一致性问题出现的原因，主要有电压不一致、容量不一致、内阻不一致、自放电率不一致等等，现有电池分选方法也大多以电池的容量、内阻、自放电率为依据，进行电池的分选，这些分选方法主要针对电池的外部特征，分选效果一般。以电压进行分选，此方法利用电压一致性进行分类，考虑了带负载时的电压情况，却无法消除荷电时间、荷载变化和输出容量等因素的影响；以容量进行分选，只能说明在设定的充放电条件下的容量相对接近，但仅仅电池放电容量一个参数不能反映电池的综合性能，由于组合体中单体电池其他性能指标不一致，会造成电池组寿命缩短、容量降低，整体性能随之降低，是组合电池短时间内损坏的主要原因。以电池内阻进行分选，虽然保证了电池使用初期的电阻一致性，但经过长期使用后，由于电池内部离子通道、电子通道的劣化，以及电池内部化学物质活性的降低，均会使电池内阻不同程度的增加，加重了电池的极化差异性，使电池容量无法及时释放，由于这种方法是在IKHz的频率下测量得出的，所以并没有充分反映电池在各种充放电情况下的匹配度。
发明内容
针对现有电池分选技术存在的上述缺陷，本发明提出一种基于电化学交流阻抗谱(Electrochemical impedance spectrum,EIS)的电池分选方法来进行电池的一致性检测，这种方法在不损伤电池的情况下检测电池系统内部的电极结构，准确反映出电池健康程度、电解质浓度和隔膜、固体电解质界面膜SEI内部信息。根据这些信息，利用统计学原理，计算一致性系数，以此为依据能够保证分选出的电池内部结构上的一致性，使分选出的电池差异性明显降低，从而解决传统分选方法的不足。本发明的目的是采用下述技术方案实现的一种基于交流阻抗谱的电池分选方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤(1)采集交流阻抗谱；(2)解析等效电路参数；(3)统计分析所述等效电路参数。
本发明提供的一种优选的技术方案是所述步骤(1)包括对锂离子二次电池进行充放电，使锂离子二次电池荷电状态(state of Charge, S0C)保持100% ；静置6h_12h后，用电化学工作站对100% SOC状态下的电池进行交流阻抗测试，采集交流阻抗谱。本发明提供的第二优选的技术方案是所述测试电池的交流阻抗的条件包括所述电池处于100% SOC荷电状态，恒电压模式、频率为IOkHz lmHz、幅度在士 IOmV之内。本发明提供的第三优选的技术方案是所述电池的交流阻抗谱包括高频圆弧(IkHz IOHz)、中频圆弧(IOHz 0. IHz)和低频斜线(0. IHz IOmHz)。本发明提供的第四优选的技术方案是所述步骤O)中解析表征电池内部信息的等效电路参数包括用等效电路对所述交流阻抗谱进行最小二乘法数学拟合；所述等效电路参数包括电池接触电阻&、电池电极的表面SEI膜&EI、SEI膜表面界面双电层形成的双电层电容CPEsei(因为具有电容性质，但是又不同于纯电容，所以用常相位角元件来表示)、电池电化学反应的反应电阻R。t、锂离子嵌入或脱出反应形成的反应电容CPE。t (同样因为从表现上看具有电容的性质，但不是纯电容，所以也用常相位角元件来表示)和锂离子在电极材料本体扩散过程引起的电容CPEw(同样因为从表现上看具有电容的性质，但不是纯电容，所以也用常相位角元件来表示)。本发明提供的第五优选的技术方案是所述CPE为常相位角元件；所述常相位角元件的阻抗表达式如下
权利要求
1.一种基于交流阻抗谱的电池分选方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤(1)采集交流阻抗谱；(2)解析等效电路参数；(3)统计分析所述等效电路参数。
2.如权利要求1所述的电池分选方法，其特征在于，所述步骤(1)包括对锂离子二次电池进行充放电，使锂离子二次电池荷电状态SOC保持100%;静置他-iai后，用电化学工作站对100% SOC状态下的电池进行交流阻抗测试，采集交流阻抗谱。
3.如权利要求2所述的电池分选方法，其特征在于，所述测试电池的交流阻抗的条件包括所述电池处于100% SOC荷电状态，恒电压模式、频率为IOkHz ImHz、幅度在士 IOmV 之内。
4.如权利要求2所述的电池分选方法，其特征在于，所述电池的交流阻抗谱包括高频圆弧、中频圆弧和低频斜线。
5.如权利要求1所述的电池分选方法，其特征在于，所述步骤( 中解析表征电池内部信息的等效电路参数包括用等效电路对所述交流阻抗谱进行最小二乘法数学拟合；所述等效电路参数包括电池接触电阻&、电池电极的表面SEI膜I SEI、SEI膜表面界面双电层形成的双电层电容CP&EI、电池电化学反应的反应电阻R。t、锂离子嵌入或脱出反应形成的反应电容CPE。t和锂离子在电极材料本体扩散过程引起的电容CPEw。
6.如权利要求5所述的电池分选方法，其特征在于，所述CPE为常相位角元件；所述常相位角元件的阻抗表达式如下
7.如权利要求5所述的电池分选方法，其特征在于，所述电池接触电阻&和电池电极的表面SEI膜对应于所述高频圆弧；所述电池电化学反应的反应电阻R。t和电化学反应引起的电容效应CPErt对应于所述中频圆弧；所述电荷的扩散电容CPEw对应于所述低频斜线。
8.如权利要求5-7中任一项所述的电池分选方法，其特征在于，所述等效电路参数包括 Rh、Rsei> Rct> Y0-CPEsei^ n-CPESEI, Y0XPEc0 n-CPEct, Y0XPEff 和 n_CP~。
9.如权利要求1所述的电池分选方法，其特征在于，所述步骤(3)包括计算电池单体的等效电路参数的平均值μ与均方差ο ；计算所述电池单体的致性系数ζ，把所述一致性系数进行加和；计算所述电池单体的一致性系数ζ表达式如下
全文摘要
本发明涉及锂离子二次电池，具体涉及一种基于交流阻抗谱的分选方法，该方法包括下述步骤(1)采集交流阻抗谱；(2)解析等效电路参数；(3)统计分析等效电路参数。本发明提供的方法在不损伤电池的情况下检测电池系统内部的电极结构，准确反映出电池健康程度、电解质浓度和隔膜、SEI膜等内部信息；根据这些信息，利用统计学原理，计算一致性系数，以此为依据能够保证分选出的电池内部结构上的一致性，使分选出的电池差异性明显降低，从而解决传统分选方法的不足。
文档编号B07C5/344GK102553838SQ20121003353
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者刘皓, 惠东, 李大贺, 杨凯, 王丽娜, 甄浩, 胡晨, 高飞 申请人:中国电力科学研究院