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聚合物锂电池内部短路诊断方法

聚合物锂电池在制造过程中,采用了正、负极及电解质聚合物膜的多层叠加组合的层压技术和软包装技术,该技术在实际生产中是技术难题之一,容易使电池内部发生物理接触而产生短路。这些内部短路将导致电芯化成数据异常,使电芯性能受到极大的影响,严重时甚至使化成过程中电芯的电充不上去,造成“无电”电芯。那么怎么样能快速诊断聚合物锂电池内部短路呢?

聚合物锂离子电池

采用直流测电阻法来判断聚合物锂离子电池的内部短路情况是一种较简单、迅速和有效的好方法。

电池在出库前的质量预测和判定有许多方法,其中电芯的化成曲线和库存时的自放电测试是两种最常见的方法。

聚合物锂离子电池内部短路有两种形式:一种是由电芯在层压和软包装过程中,阴阳极的集流体突破电解质隔膜,发生物理接触而形成短路,称之为物理短路:另一种是电芯在充放电循环过程中,由于电极活性材料和电解质隔膜材料自身起了化学变化而引起的局部电子导通,称之为化学短路。

这两种短路所引起的一些电池表象是相同的,如:电芯化成曲线异常、电池自放电大、电池鼓气以及放电容量和充放电效率不高等。但由于两者的短路机理不一样,因此对电池的影响程度是不同的。一般而言,电池内部发生了化学短路,电池的各项性能不仅表现异常,而且随着电池的使用,电池的各项性能还可能较快地恶化;而物理短路则不同,电池的活性材料及电解质膜等关键性因素没有起变化,当物理短路不严重时,电池的电化学反应基本不变,化成时因有一部分电流通过内部物理接触短路而流失,使得电芯活性物质的实际电流密度与化成工艺预期达到的目的不同而造成化成异常;存放、使用过程中,因内部存在回路而使电池自放电大和放电容量小、充放电效率低。如果物理短路足够小,这种测得的电池“异常”对电池的使用影响就会极小。当物理短路严重时,大量的电流在电池内部被“流失”,电芯将充不上电;如果这种现象发生在化成之后,由于短路过热使电池内部的电化学反应机制发生变化,电池有可能会产生鼓气等现象。

直流测电阻诊断聚合物锂电池内部短路的基本原理

一般而言,电芯的欧姆内阻应采用交流法测试,如频率为100~1000Hz等,用直流法不能得出电芯的实际欧姆内阻。众所周知,电池的电路分为两部分,一部分为电池的外电路,它是电子的良导体和离子的绝缘体;另一部分是电池的内电路,它是离子的良导体和电子的不良导体。对聚合物锂离子电池而言,电池的内部是电子的绝缘体。用直流法测聚合物锂离子电池的内阻时,只有当电池内部有电子流时,才能测出其内阻,否则,电池的内阻将显示为“无穷大”。如果电池是正常的好电池,那么用直流法测其内阻时,由于电池的内部是电子的绝缘体而无法构成导通回路,直流计将显示其内阻是“无穷大”;反之,如果电池内部存在着物理短路(接触短路)现象,电子将经由物理短路部位而导通,直流计将显示出电池的内阻值。根据直流计所测得的电池“内阻”值,就可用于判断电芯的内部短路情况及性质。

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