电池作为现代社会中不可或缺的储能设备,已经成为了支撑新能源发展的关键技术之一。在近40年的时间里,随着人们对新能源的不断探索和研究,电池技术也在持续发展和优化。为了更好地利用电化学能量、提高电池产品性能,对电池的生产和测试技术要求也越来越高。电化学阻抗谱(EIS)是测量电池的技术手段之一,通过使用多种正弦交流信号激励扰动电池电极,并采样分析其响应信号,能够获取电池的电化学特征信息。这种测试方法具有无损、非破坏性和高精度等优点,因此被广泛应用于电池生产和研发过程中。通过EIS测试,可以深入了解电池的电化学反应机制、电荷传输过程和扩散行为等信息。这些信息对于优化电池设计和生产过程、提高电池性能和稳定性具有重要意义。例如,通过EIS测试可以评估电池的容量、内阻、自放电率等关键性能参数,以及研究电池在不同温度、电流密度和老化条件下的性能表现。随着新能源产业的不断发展,对电池性能的要求也越来越高。未来,EIS测试将在电池研究和生产中发挥更加重要的作用。通过进一步优化EIS测试技术,提高测试精度和效率,可以更好地满足人们对高性能、高稳定性电池的需求,推动新能源产业的可持续发展。动态EIS设备的便携式设计使得测试过程更加方便和灵活,可以适用于各种不同的测试场景和应用需求。浙江动态eis价格
传统的锂电池检测主要是通过物理方法,如以高性能单片机为重点,采用自动控制理论,对锂电池的充放电进行测试。这种测试方法可有效地防止锂电池过压、过充、过放、过温,同时也可以有效地检测电池的电压状态。但也有其不足的一面,就是检测存在一定的误判率,会造成原材料的损失。
针对锂电池的国家标准,可以利用EIS技术来监测锂电池状态。在用电化学阻抗谱法监测锂电池的过程中,可将其看成一个稳定的线性系统。假设有一角频率为ω的正弦波电流信号X,如果将X输入电池系统中,则会从电池系统中输出一个角频率也为ω的正弦波电流信号Y。
我们可以得出不同角频率下的Y与X的关系,即频率响应的函数值,此值就是电池的电化学阻抗谱。通过电化学阻抗谱曲线,我们可以建立电池系统的等效电路并确定电路中的相关元件,从而得出有关过程的动力学参数或有关体系的物理参数,然后对这些参数数据进行筛选并处理。通过阻抗谱曲线的形状得到电池内部的等效电路。典型的锂离子电池的等效电路如图1所示。Rb是溶液电阻,R电解是电荷传递电阻,C双层是电双层电容。有了等效电路,利用非线性小二乘法拟合的方法处理,就得到了等效电路中的各元件的参数值,进而来对锂离子电池的状态进行监测。 北京动态eis产品介绍动态EIS在新能源车电池维护中扮演关键角色,延长电池使用寿命,提升用户体验。
电化学交流阻抗(EIS)作为非破坏性和非植入性的方法,可以监测电池内阻,双电层电容和扩散等。EIS被称为“无传感器”的技术,因为不需要额外的硬件。EIS另外一个优势是可以避免使用表面温度传感器的温度延迟现象。电池阻抗的频率与电池的内部温度存在固有的相关性,但这个相关性会受到电池的荷电态(SoC)和健康状态(SoH)影响。Srinivasan 和 Schmidt等人已经证实特定频率和电池内部温度的相关性。Srinivasan展示了 LiCoO2 在40 和100 Hz范围内与温度变化高度敏感,并且和 SoC和SoH 相关度很大。
电化学阻抗谱是一种重要的电化学测试技术,较多地应用在锂电池的状态监测中,也可以用在锂离子电池的正、负极材料的研究中。我国对锂电池的使用环境、外观、技术指标以及绝缘等方面提出了一系列的要求,同时,也对充放电特性做出了特殊规定。由于锂离子电池具有能量比高、自放电小、可长时间存放、资源丰富、材料成本低等特点,因此,它已经成为便携式电子产品的理想电源。但是,由于锂电池其自身的缺点,如:锂电池安全性差,有发生爆燃危险;锂电池需要保护线路,不能大电流放电,也不能过充过放电。基于以上这些优缺点,锂电池的检测越来越受到重视。通过炙云科技的动态EIS设备,用户可以迅速定位问题,加速产品研发和改进。
EIS测量的前提条件:
因果性条件:输出的响应信号只是由输入的扰动信号引起的的。也就是说测量信号和扰动信号之间存在对应的因果关系,任何其它干扰信号都必须排除。如果充分注意了电化学系统环境因素(比如温度等)的控制,这个条件比较容易满足。
线性条件:输出的响应信号与输入的扰动信号之间存在线性关系。通常的情况下,电化学系统的电流与电势之间是不符合线性关系的,而是由体系的动力学规律决定的非线性关系。但是,当采用小幅度的正弦波电势信号对系统进行扰动时,作为扰动信号的电势和响应信号的电流之间可近似看作呈线性关系,从而可近似的满足线性条件。通常作为扰动信号的电势正弦波的幅度在5mV左右,一般不超过10mV。
稳定性条件:扰动不会引起系统内部结构发生变化,当扰动停止后,体系能够回复到原先的状态。对于可逆反应来说,稳定性条件比较容易满足,对于不可逆的电极过程,只要电极表面的变化不是很快,当扰动幅度小,作用时间短,扰动停止后,系统也能够恢复到离原先状态不远的状态。可以近似的认为满足稳定性条件。对于非常快速的电极反应,或者是扰动的频率低,作用时间长时,稳定性条件的满足较困难,所以EIS研究快速不可逆反应有一定困难。 动态EIS在锂电池的研发、生产和维护中发挥重要作用,提高电池的安全性和可靠性。上海动态eis供应商
炙云科技利用动态EIS技术,快速测量电池的阻抗谱。浙江动态eis价格
SOH是电池健康状态的反映,是电池老化状态的判断指标。电池经过一定次数的充放电循环后,电池的衰退明显加剧,主要表现在放电电压和放电容量的降低,这会对电池的使用性能产生挑战。张文华等探究了磷酸铁锂电池老化状态与电池阻抗的关系,详细分析各阻抗成分随循环次数的变化规律。发现800次以上的循环周期对电荷传递阻抗影响很大,对欧姆阻抗和扩散阻抗的影响微乎其微。他们认为SOH在95%~100%之间,欧姆阻抗、电荷转移阻抗和扩散阻抗基本保持稳定,电池处于充放电稳定状态。SOH降低到90%以下,电荷转移阻抗和扩散阻抗明显增大,电解液与电极的界面结构逐渐发生破坏,阻抗谱中低频区域出现了一段新的圆弧,究其原因可能是电池负极材料受到破坏,嵌锂反应变慢。他们的研究显示出交流阻抗与电池劣化程度的相关性,可以用来筛选出老化的电池,有利于锂离子电池的梯次利用。基于电化学阻抗谱,张彩萍等对电池老化特征进行了分析,提出了梯次利用锂离子电池从而延长寿命的方式。将新旧电池的阻抗谱曲线进行对比,发现使用后的电池性能衰退主要是电化学极化阻抗和浓差极化阻抗增大引起的,并且提出了控制充放电倍率来控制极化程度的方法。浙江动态eis价格
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