專利名稱：一種基于交流阻抗譜的電池分選方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子二次電池，具體涉及一種電池分選成組的方法，尤其涉及一種基于交流阻抗譜的分選方法。
背景技術：
在現有的動力電池技術水平下，儲能系統必須使用電池組來滿足高功率、大容量的要求。由于同一類型、同一規格、同一型號電池間在電壓、內阻、容量等方面的參數值存在差別，即電池性能存在一致性差異，使動力電池組在用于儲能系統時性能指標達不到按單體電池預計的水平，電池組的使用壽命與單體電池相比縮短數倍甚至十幾倍，嚴重影響儲能系統的應用。電池不一致性問題出現的原因，主要有電壓不一致、容量不一致、內阻不一致、自放電率不一致等等，現有電池分選方法也大多以電池的容量、內阻、自放電率為依據，進行電池的分選，這些分選方法主要針對電池的外部特征，分選效果一般。以電壓進行分選，此方法利用電壓一致性進行分類，考慮了帶負載時的電壓情況，卻無法消除荷電時間、荷載變化和輸出容量等因素的影響；以容量進行分選，只能說明在設定的充放電條件下的容量相對接近，但僅僅電池放電容量一個參數不能反映電池的綜合性能，由于組合體中單體電池其他性能指標不一致，會造成電池組壽命縮短、容量降低，整體性能隨之降低，是組合電池短時間內損壞的主要原因。以電池內阻進行分選，雖然保證了電池使用初期的電阻一致性，但經過長期使用后，由于電池內部離子通道、電子通道的劣化，以及電池內部化學物質活性的降低，均會使電池內阻不同程度的增加，加重了電池的極化差異性，使電池容量無法及時釋放，由于這種方法是在IKHz的頻率下測量得出的，所以并沒有充分反映電池在各種充放電情況下的匹配度。

發明內容
針對現有電池分選技術存在的上述缺陷，本發明提出一種基于電化學交流阻抗譜(Electrochemical impedance spectrum,EIS)的電池分選方法來進行電池的一致性檢測，這種方法在不損傷電池的情況下檢測電池系統內部的電極結構，準確反映出電池健康程度、電解質濃度和隔膜、固體電解質界面膜SEI內部信息。根據這些信息，利用統計學原理，計算一致性系數，以此為依據能夠保證分選出的電池內部結構上的一致性，使分選出的電池差異性明顯降低，從而解決傳統分選方法的不足。本發明的目的是采用下述技術方案實現的一種基于交流阻抗譜的電池分選方法，其改進之處在于，所述方法包括下述步驟(1)采集交流阻抗譜；(2)解析等效電路參數；(3)統計分析所述等效電路參數。
本發明提供的一種優選的技術方案是所述步驟(1)包括對鋰離子二次電池進行充放電，使鋰離子二次電池荷電狀態(state of Charge, S0C)保持100% ；靜置6h_12h后，用電化學工作站對100% SOC狀態下的電池進行交流阻抗測試，采集交流阻抗譜。本發明提供的第二優選的技術方案是所述測試電池的交流阻抗的條件包括所述電池處于100% SOC荷電狀態，恒電壓模式、頻率為IOkHz lmHz、幅度在士 IOmV之內。本發明提供的第三優選的技術方案是所述電池的交流阻抗譜包括高頻圓弧(IkHz IOHz)、中頻圓弧(IOHz 0. IHz)和低頻斜線(0. IHz IOmHz)。本發明提供的第四優選的技術方案是所述步驟O)中解析表征電池內部信息的等效電路參數包括用等效電路對所述交流阻抗譜進行最小二乘法數學擬合；所述等效電路參數包括電池接觸電阻&、電池電極的表面SEI膜&EI、SEI膜表面界面雙電層形成的雙電層電容CPEsei(因為具有電容性質，但是又不同于純電容，所以用常相位角元件來表示)、電池電化學反應的反應電阻R。t、鋰離子嵌入或脫出反應形成的反應電容CPE。t (同樣因為從表現上看具有電容的性質，但不是純電容，所以也用常相位角元件來表示)和鋰離子在電極材料本體擴散過程引起的電容CPEw(同樣因為從表現上看具有電容的性質，但不是純電容，所以也用常相位角元件來表示)。本發明提供的第五優選的技術方案是所述CPE為常相位角元件；所述常相位角元件的阻抗表達式如下
權利要求
1.一種基于交流阻抗譜的電池分選方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟(1)采集交流阻抗譜；(2)解析等效電路參數；(3)統計分析所述等效電路參數。
2.如權利要求1所述的電池分選方法，其特征在于，所述步驟(1)包括對鋰離子二次電池進行充放電，使鋰離子二次電池荷電狀態SOC保持100%;靜置他-iai后，用電化學工作站對100% SOC狀態下的電池進行交流阻抗測試，采集交流阻抗譜。
3.如權利要求2所述的電池分選方法，其特征在于，所述測試電池的交流阻抗的條件包括所述電池處于100% SOC荷電狀態，恒電壓模式、頻率為IOkHz ImHz、幅度在士 IOmV 之內。
4.如權利要求2所述的電池分選方法，其特征在于，所述電池的交流阻抗譜包括高頻圓弧、中頻圓弧和低頻斜線。
5.如權利要求1所述的電池分選方法，其特征在于，所述步驟( 中解析表征電池內部信息的等效電路參數包括用等效電路對所述交流阻抗譜進行最小二乘法數學擬合；所述等效電路參數包括電池接觸電阻&、電池電極的表面SEI膜I SEI、SEI膜表面界面雙電層形成的雙電層電容CP&EI、電池電化學反應的反應電阻R。t、鋰離子嵌入或脫出反應形成的反應電容CPE。t和鋰離子在電極材料本體擴散過程引起的電容CPEw。
6.如權利要求5所述的電池分選方法，其特征在于，所述CPE為常相位角元件；所述常相位角元件的阻抗表達式如下
7.如權利要求5所述的電池分選方法，其特征在于，所述電池接觸電阻&和電池電極的表面SEI膜對應于所述高頻圓弧；所述電池電化學反應的反應電阻R。t和電化學反應引起的電容效應CPErt對應于所述中頻圓弧；所述電荷的擴散電容CPEw對應于所述低頻斜線。
8.如權利要求5-7中任一項所述的電池分選方法，其特征在于，所述等效電路參數包括 Rh、Rsei> Rct> Y0-CPEsei^ n-CPESEI, Y0XPEc0 n-CPEct, Y0XPEff 和 n_CP~。
9.如權利要求1所述的電池分選方法，其特征在于，所述步驟(3)包括計算電池單體的等效電路參數的平均值μ與均方差ο ；計算所述電池單體的致性系數ζ，把所述一致性系數進行加和；計算所述電池單體的一致性系數ζ表達式如下
全文摘要
本發明涉及鋰離子二次電池，具體涉及一種基于交流阻抗譜的分選方法，該方法包括下述步驟(1)采集交流阻抗譜；(2)解析等效電路參數；(3)統計分析等效電路參數。本發明提供的方法在不損傷電池的情況下檢測電池系統內部的電極結構，準確反映出電池健康程度、電解質濃度和隔膜、SEI膜等內部信息；根據這些信息，利用統計學原理，計算一致性系數，以此為依據能夠保證分選出的電池內部結構上的一致性，使分選出的電池差異性明顯降低，從而解決傳統分選方法的不足。
文檔編號B07C5/344GK102553838SQ20121003353
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者劉皓, 惠東, 李大賀, 楊凱, 王麗娜, 甄浩, 胡晨, 高飛 申請人:中國電力科學研究院