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聚合物鋰電池內部短路診斷方法

聚合物鋰電池在制造過程中,采用了正、負極及電解質聚合物膜的多層疊加組合的層壓技術和軟包裝技術,該技術在實際生產中是技術難題之一,容易使電池內部發生物理接觸而產生短路。這些內部短路將導致電芯化成數據異常,使電芯性能受到極大的影響,嚴重時甚至使化成過程中電芯的電充不上去,造成“無電”電芯。那么怎么樣能快速診斷聚合物鋰電池內部短路呢?

聚合物鋰離子電池

采用直流測電阻法來判斷聚合物鋰離子電池的內部短路情況是一種較簡單、迅速和有效的好方法。

電池在出庫前的質量預測和判定有許多方法,其中電芯的化成曲線和庫存時的自放電測試是兩種最常見的方法。

聚合物鋰離子電池內部短路有兩種形式:一種是由電芯在層壓和軟包裝過程中,陰陽極的集流體突破電解質隔膜,發生物理接觸而形成短路,稱之為物理短路:另一種是電芯在充放電循環過程中,由于電極活性材料和電解質隔膜材料自身起了化學變化而引起的局部電子導通,稱之為化學短路。

這兩種短路所引起的一些電池表象是相同的,如:電芯化成曲線異常、電池自放電大、電池鼓氣以及放電容量和充放電效率不高等。但由于兩者的短路機理不一樣,因此對電池的影響程度是不同的。一般而言,電池內部發生了化學短路,電池的各項性能不僅表現異常,而且隨著電池的使用,電池的各項性能還可能較快地惡化;而物理短路則不同,電池的活性材料及電解質膜等關鍵性因素沒有起變化,當物理短路不嚴重時,電池的電化學反應基本不變,化成時因有一部分電流通過內部物理接觸短路而流失,使得電芯活性物質的實際電流密度與化成工藝預期達到的目的不同而造成化成異常;存放、使用過程中,因內部存在回路而使電池自放電大和放電容量小、充放電效率低。如果物理短路足夠小,這種測得的電池“異?!睂﹄姵氐氖褂糜绊懢蜁O小。當物理短路嚴重時,大量的電流在電池內部被“流失”,電芯將充不上電;如果這種現象發生在化成之后,由于短路過熱使電池內部的電化學反應機制發生變化,電池有可能會產生鼓氣等現象。

直流測電阻診斷聚合物鋰電池內部短路的基本原理

一般而言,電芯的歐姆內阻應采用交流法測試,如頻率為100~1000Hz等,用直流法不能得出電芯的實際歐姆內阻。眾所周知,電池的電路分為兩部分,一部分為電池的外電路,它是電子的良導體和離子的絕緣體;另一部分是電池的內電路,它是離子的良導體和電子的不良導體。對聚合物鋰離子電池而言,電池的內部是電子的絕緣體。用直流法測聚合物鋰離子電池的內阻時,只有當電池內部有電子流時,才能測出其內阻,否則,電池的內阻將顯示為“無窮大”。如果電池是正常的好電池,那么用直流法測其內阻時,由于電池的內部是電子的絕緣體而無法構成導通回路,直流計將顯示其內阻是“無窮大”;反之,如果電池內部存在著物理短路(接觸短路)現象,電子將經由物理短路部位而導通,直流計將顯示出電池的內阻值。根據直流計所測得的電池“內阻”值,就可用于判斷電芯的內部短路情況及性質。

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