锂离子电池阻抗模型的研究

锂离子电池是目前应用较为广泛的二次电池之一。本研究中采用电化学方法建立并分析锂离子电池阻抗模型,目的是为电池欧姆内阻和极化内阻的检测提供理论依据和方法。 电池阻抗模型包含可以表示电池性能的大量信息,建立正确的电池阻抗模型具有重要意义。在本文中选用正极材料为钴酸锂的锂离子电池作为实际的研究对象,通过对电池的内部结构和工作原理的分析,结合电极动力学原理,采用基于电子运动理论的电极等效电路,同时考虑除电极以外的其他组成部分的等效元件,建立了电池阻抗模型。 研究过程中采用电化学阻抗谱作为实验方法,使用电化学测量仪器测量电池的电化学阻抗谱,通过对图谱曲线的特征分析,结合等效元件的频率响应特性,对建立的阻抗模型进行修正,使模型的图谱特征与测量的图谱特征相同。采用专业的电化学阻抗谱分析软件,对所测得的阻抗数据进行数据分析、拟合。通过上述研究工作得出了电池的阻抗模型是由代表电极电双层和极化内阻的等效元件、表示电池欧姆内阻的等效元件以及一个电感和电阻组成的并联元件相串联构成。 以模型作为研究的基础,对电池在不同荷电状态下的阻抗模型参数进行分析,得出了欧姆内阻随电池的荷电状态的增大而减小、电极极化内阻随电池的荷电状态的增大而增大的结论;对不同循环周期的电池阻抗模型参数进行分析,得出了内阻随着电池的使用次数的增加而增大,随电池容量的减小而增大的结论。利用电路变换的方法将频域下的阻抗模型等效成直流激励状态下的阻抗模型,将直流状态下不易测量的等效元件转化成了电容元件,实现了通过测量电池系统的零输入响应过程来测量电池欧姆内阻和极化内阻。