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规格: 200A
1.2 电池的开路电压电池电动势是根据电池反应,应用热力学方法进行计算的理论值,即电池在断路时处于可逆平衡状态下,正负极之间的平衡电极电势之差,是电池可以给出电压的极大值。而实际上,正负极在电解液中并不一定处于热力学平衡状态,即电池的正负极在电解质溶液中所建立的电极电势通常并非平衡电极电势,因此电池的开路电压一般均小于它的电动势。对于电极反应:
考虑反应物组分的非标准状态以及活性组分的活度(或浓度)随时间的变化,采用能斯特方程修正电池实际开路电压:其中,R是气体常数,T是反应温度,a是组分活度或浓度。电池的开路电压取决于电池正负极材料的性质、电解质和温度条件等,而与电池的几何结构和尺寸大小无关。锂离子电极材料制备成极片,与金属锂片组装成纽扣半电池,可以测得电极材料在不同的SOC状态下的开路电压,开路电压曲线是电极材料荷电状态的反应,图1是磷酸铁锂电极材料的开路电压曲线,从开路电压曲线可以判定电极材料的对应的脱嵌锂状态。而电池的开路电压曲线是正负极材料信息的叠加状态。
图1 磷酸铁锂电极材料的开路电压曲线 电池贮存过程中开路电压会下降,但幅度不会很大,如果开路电压下降速度过快或幅度过大属异常现象。 两极活性物质表面状态变化及电池自放电是开路电压在贮存中下降的主要原因,具体包括正负极材料表面膜层的变化;电极热力学不稳定性造成的电位变化;金属异物杂质的溶解与析出;正负极之间隔膜造成的微短路等。锂离子电池在老化时, K值(电压降)的变化正是电极材料表面SEI膜的形成和稳定过程,如果电压降太大,说明内部存在微短路,判定电池为不合格品。 1.3 电池极化电流通过电极时,电极偏离平衡电极电势的现象称为极化,极化产生过电势。根据极化产生的原因可以将极化分为欧姆极化、浓差极化和电化学极化,图2是电池典型的放电曲线及各种极化对电压的影响。图2 典型放电曲线及极化(1)欧姆极化:由电池连接各部分的电阻造成,其压降值遵循欧姆定律,电流减小,极化立即减小,电流停止
后立即消失。(2)电化学极化:由电极表面电化学反应的迟缓性造成极化。随着电流变小,在微秒级内显著降低。(3)浓差极化:由于溶液中离子扩散过程的迟缓性,造成在一定电流下电极表面与溶液本体浓度差,产生极化。这种极化随着电流下降,在宏观的秒级(几秒到几十秒)上降低或消失。 电池的内阻随电池放电电流的增大而增大,这主要是由于大的放电电流使得电池的极化趋势增大,并且放电电流越大,则极化的趋势就越明显,如图3所示。根据欧姆定律: V=E0-I×RT,内部整体电阻RT的增加,则电池电压达到放电截止电压所需要的时间也相应减少,故放出的容量也减少。
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