CN116577682A - 二次电池直流内阻的分解测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次电池直流内阻的分解测试方法,包括：获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4；计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6；获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、以及负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻。本发明方法简单，而且精准的分解测试二次电池直流内阻。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其是指一种二次电池直流内阻的分解测试方法。
背景技术
在节能减排的压力推动下，锂离子电池在储能与用能领域都扮演着极其重要的角色。目前锂离子电池也成为车用二次电池的主流，而且其安全性越来越受人们的重视，特别是多只电池经串并联所组成的电池组，由于其能量高，功率大，安全性尤为重要。在影响电池组安全性能的众多因素中，内阻是重要因素之一；同时内阻也是影响电池功率性能和放电效率的重要因素，也是评估锂电池寿命的重要参数。近年来，汽车行业全面电气化的进程加快，新能源汽车对二次电池高倍率充放电性能的要求越来越高，如何减小电池内阻是电池行业一大重要的研究课题，从而能够直接有效加强新能源汽车的续航能力。
现有常见的获取电池内阻的方法，如中国发明专利CN114280480A公开了一种基于数值模型分解锂离子电池直流内阻的方法，属于电学技术领域，具体包括：将锂离子电池数值模型涉及到的控制方程和及其边界条件按照质量守恒、电荷守恒、能量守恒分类、联立和耦合；针对待分解的锂离子电池确定其对应的控制方程中与电池内阻分解关联的电化学参数，得到电化学参数对应的一体化方案；根据一体化方案将待分解的锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律将每个电池单元上所产生内阻作平均化处理，根据电池结构确定内阻来源并在该结构区间内将平均内阻进行变形处理，然后积分从而得到不同组分的内阻。
采用上述方法，虽然实现了对电阻进行分解，但是由于是通过将锂离子电池分成无限多个单元，根据欧姆定律计算每个区域的平均极化，按照产生内阻的电化学原理的差异将平均极化变形后在电池内部不同结构区间范围内进行积分获取不同组分的内阻，因此不但方法复杂，而且不能精准的分解测试二次电池直流内阻。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不能精准的分解锂离子电池直流内阻，导致电芯迭代速度低的问题，从而提供一种精准的分解测试锂离子电池直流内阻，有效降低成本，提高电芯迭代速度的二次电池直流内阻的分解测试方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种二次电池直流内阻的分解测试方法，包括如下步骤：步骤S1：测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻，获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；根据正极集流体、负极集流体的尺寸分别计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4；测量正极片电阻、负极片电阻，根据所述正极片电阻、负极片电阻以及正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4，分别计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6；制作三电极卡片电池，对三电极卡片电池进行充电，对具有设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；制作具有不同隔膜层数的对称卡片电池，通过EIS测试对称卡片电池的欧姆阻抗，获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；
步骤S2：将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、以及负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻。
在本发明的一个实施例中，测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻的方法为：利用电阻仪分别测试正、负极区域连接件和连接电阻，其中测试正极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的正极汇流排，另一只探针接触电池的正极极耳群，获取正极结构件欧姆电阻R1；测试负极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的负极汇流排，另一只探针接触电池的负极极耳群，获取负极结构件欧姆电阻R2。
在本发明的一个实施例中，根据正极集流体、负极集流体的尺寸分别计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4的方法为：根据公式，/>，，计算正极集流体电阻R3，其中/>是正极集流体的电阻率，/>是正极集流体极耳的宽度，d1是正极集流体极耳的长度，THK1是正极集流体的厚度，/>是正极集流体不包括极耳的宽度，wid1 是正极集流体不包括极耳的长度，/>是正极集流体极耳的电阻，是正极集流体不包括极耳的电阻；根据公式/>，/>，，计算负极集流体电阻R4，其中/>是负极集流体的电阻率，/>是负极集流体极耳的宽度，/>是负极集流体极耳的长度，THK2是负极集流体的厚度，/>是负极集流体不包括极耳的宽度， wid2是负极集流体不包括极耳的长度，R41是负极集流体极耳的电阻，R42是负极集流体不包括极耳的电阻。
在本发明的一个实施例中，测量正极片电阻、负极片电阻，根据所述正极片电阻、负极片电阻以及正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4，分别计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6的方法为：利用膜片电阻测试***测量正极片电阻，所述正极膜片电阻R5=正极片电阻/>-正极集流体电阻R3；利用膜片电阻测试***测量负极片电阻/>，所述负极膜片电阻R6=负极片电阻/>-负极集流体电阻R4。
在本发明的一个实施例中，制作三电极卡片电池的方法为：将干燥的正极片、两个第一隔膜、参比电极、负极片依次叠放，且参比电极位于相邻第一隔膜之间，制成插有参比电极的电芯，利用壳体对插有参比电极的电芯进行封装，并注入电解液，得到电池；对电池化成、分容得到带有参比电极的卡片电池。
在本发明的一个实施例中，所述干燥的正极片、第一隔膜、负极片的获取方法为：拆解电池，将电池放电至空电状态，在干燥条件下拆解电芯，将顶盖与电芯分离；获取设定量的正极片、负极片及第一隔膜，且对其进行干燥处理。
在本发明的一个实施例中，所述获取负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的负极、参比电极与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12。
在本发明的一个实施例中，所述获取正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的正极、参比电极与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10。
在本发明的一个实施例中，将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻的方法为：对于所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6转换为二次电池的电阻时，分别根据正极集流体、负极集流体、正极膜片、负极膜片的面积进行电阻转换；对于所述负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12转换为二次电池的电阻时，根据三电极卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算；对于所述隔膜离子阻抗R9转换为二次电池的电阻时，根据对称卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算。
在本发明的一个实施例中，所述获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9的方法为：通过EIS测试对称卡片电池的欧姆阻抗，根据得到的测试结果，对数据拟合得到直线斜率，根据所述直线斜率获得隔膜离子阻抗R9。
在本发明的一个实施例中，所述对称卡片电池的欧姆阻抗为R，则，其中n是隔膜层数，/>是隔膜离子阻抗R9，是集流体电阻，/>是活性材料涂层的电阻。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，所述步骤S1中，通过测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻，获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；获取拆解后电池的正极集流体、负极集流体、正极片、负极片，从而可以计算出正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6，由于可以直接从拆解后的电池获取原材料，或者可以直接利用现有的原材料，因此不但材料获取的方式方便，而且计算简便；制作三电极卡片电池，从而可以获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；制作具有不同隔膜层数的对称卡片电池，从而可以获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；整个过程中，由于将二次电池即大电池转换成拆解后的小电池，从而有利于计算各个内阻，不但方法简单，而且有利于精确的分解测试锂离子电池直流内阻；所述步骤S2中，将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻，从而完成对大电池的分解，精确的获取了各部分电阻，从而可以得到不同组分的电阻数值与总阻值的占比，有利于为电芯设计和电芯直流内阻优化作参考，提高电芯电性能与安全性能；同时，通过电芯DCR分解明确电芯内各组分电阻占比，电芯设计人员可通过分解测试结果针对性优化电芯DCR，减少研发试验投入，缩短研发周期，从而降低开发成本，提高电芯迭代速度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明二次电池直流内阻的分解测试方法流程图；
图2是本发明电芯的等效电路；
图3是本发明盖板连接件及相应焊接区的结构示意图；
图4是本发明正极集流体的示意图；
图5是本发明负极集流体的示意图；
图6是本发明三电极卡片电池的示意图；
图7是本发明三电极卡片电池内部结构侧视图；
图8是本发明具有不同隔膜层数的对称卡片电池示意图；
图9是本发明具有不同隔膜层数的对称卡片电池EIS测试结果示意图。
说明书附图标记：11、正极汇流排；12、正极导电块；13、正极极柱；14、正极连接片；15、正极极耳群；21、负极汇流排；22、负极导电块；23、负极极柱；24、负极连接片；25、负极极耳群；31、正极片；311、第一正极集流体；312、第一正极活性材料涂层；32、第一隔膜；33、参比电极；34、负极片；341、第一负极集流体；342、第一负极活性材料涂层；35、正极极耳；36、负极极耳；37、壳体；41、第二负极集流体；42、第二负极活性材料涂层；43、第二隔膜。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例提供一种二次电池直流内阻的分解测试方法，包括如下步骤：
步骤S1：测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻，获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；根据正极集流体、负极集流体的尺寸分别计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4；测量正极片电阻、负极片电阻，根据所述正极片电阻、负极片电阻以及正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4，分别计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6；制作三电极卡片电池，对三电极卡片电池进行充电，对具有设定电量的三电极卡片电池进行EIS（电化学阻抗谱）测试，获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；制作具有不同隔膜层数的对称卡片电池，通过EIS测试对称卡片电池的欧姆阻抗，获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；
步骤S2：将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻。
本实施例所述二次电池直流内阻的分解测试方法，所述步骤S1中，测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻，获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；获取拆解后电池的正极集流体、负极集流体、正极片、负极片，从而可以计算出正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6，由于可以直接从拆解后的电池获取原材料，或者可以直接利用现有的原材料，因此不但材料获取的方式方便，而且计算简便；制作三电极卡片电池，从而可以获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；制作具有不同隔膜层数的对称卡片电池，从而可以获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；整个过程中，由于将二次电池即大电池转换成拆解后的小电池，从而有利于计算各个内阻，不但方法简单，而且有利于精确的分解测试锂离子电池直流内阻；所述步骤S2中，将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻，从而完成对大电池的分解，精确的获取了各部分电阻，从而可以得到不同组分的电阻数值与总阻值的占比，有利于为电芯设计和电芯直流内阻（简称DCR）优化作参考，提高电芯电性能与安全性能。
本实施例中，DCR分为两种，一是充电DCR，二是放电DCR，DCR可以表征为欧姆电阻（Rs）与极化电阻；所述欧姆电阻（Rs）包含：盖板连接件及相应焊接区电阻(Rmechanical)、集流体电阻(Rfoil)、极片电阻(Rfilm)、电解液在隔膜中离子电阻（Rsep,ele）；所述极化电阻包含：SEI膜阻抗（Rsei）、电荷转移阻抗（Rct）、扩散阻抗（Rw）。如图2所示，其中R1是正极结构件欧姆电阻；R2是负极结构件欧姆电阻；R3是正极集流体电阻；R4是负极集流体电阻；R5是正极膜片电阻；R6是负极膜片电阻；R7是负极电荷转移电阻；R8是正极电荷转移电阻；R9是隔膜离子阻抗；R10是正极离子扩散阻抗；R11是负极离子扩散阻抗；R12是负极SEI膜阻抗。
如图3所示，所述正极结构件包括正极汇流排11、正极导电块12、正极极柱13、正极连接片14以及正极极耳群15，其中所述正极汇流排11通过正极导电块12连接至所述正极极柱13，所述正极极柱13通过所述正极连接片14与所述正极极耳群15相连。
所述负极结构件包括负极汇流排21、负极导电块22、负极极柱23、负极连接片24以及负极极耳群25，其中所述负极汇流排21通过负极导电块22连接至所述负极极柱23，所述负极极柱23通过所述负极连接片24与所述负极极耳群25相连。
测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻的方法为：利用电阻仪分别测试正、负极区域连接件和连接电阻，其中测试正极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的正极汇流排11，另一只探针接触电池的正极极耳群15，获取正极结构件欧姆电阻R1，其中所述正极结构件欧姆电阻R1也是指正极机械电阻；测试负极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的负极汇流排21，另一只探针接触电池的负极极耳群25，获取负极结构件欧姆电阻R2，其中所述负极结构件欧姆电阻R2也是指负极机械电阻，通过上述测试方法可以得到二次电池的机械电阻Rmechanical。
如图4所示，根据正极集流体的尺寸计算正极集流体电阻R3的方法为：根据公式，/>，/>，计算正极集流体电阻R3，其中是正极集流体的电阻率，/>是正极集流体极耳的宽度，d1是正极集流体极耳的长度，THK1是正极集流体的厚度，/>是正极集流体不包括极耳的宽度，wid1 是正极集流体不包括极耳的长度，/>是正极集流体极耳的电阻，/>是正极集流体不包括极耳的电阻。
如图5所示，根据负极集流体的尺寸计算负极集流体电阻R4的方法为：根据公式，/>，/>，计算负极集流体电阻R4，其中是负极集流体的电阻率，/>是负极集流体极耳的宽度，/>是负极集流体极耳的长度，THK2是负极集流体的厚度，/>是负极集流体不包括极耳的宽度， wid2是负极集流体不包括极耳的长度，R41是负极集流体极耳的电阻，R42是负极集流体不包括极耳的电阻。
通过上述方法可以获取正极集流体电阻R3以及负极集流体电阻R4，从而可以获取集流体的电阻Rfoil。本实施例中，所述正极集流体、负极集流体可以从拆解后的电池获取原材料，也可以直接利用现有的原材料，因此不但材料获取的方式方便，而且计算简便，可以精确的获取集流体电阻Rfoil。
由于所述正极片电阻包括正极集流体电阻和正极膜片电阻；所述负极片电阻包括负极集流体电阻和负极膜片电阻，因此通过正极片电阻和正极集流体电阻就可以获取正极膜片电阻，通过负极片电阻和负极集流体电阻就可以获取负极膜片电阻。
测量正极片电阻，根据所述正极片电阻以及正极集流体电阻R3计算正极膜片电阻R5的方法为：利用膜片电阻测试***测量正极片电阻，所述正极膜片电阻R5=正极片电阻/>-正极集流体电阻R3；
测量负极片电阻，根据所述负极片电阻以及负极集流体电阻R4计算负极膜片电阻R6的方法为：利用膜片电阻测试***测量负极片电阻，所述负极膜片电阻R6=负极片电阻/>-负极集流体电阻R4。
通过上述方法可以获取正极膜片电阻R5以及负极膜片电阻R6，从而可以获取极片的膜片电阻Rfilm。本实施例中，所述正极膜片、负极膜片可以从拆解后的电池获取原材料，也可以直接利用现有的原材料，因此不但材料获取的方式方便，而且计算简便，可以精确的获取膜片电阻Rfilm。
如图6和图7所示，制作三电极卡片的方法为：将干燥的正极片31、两个第一隔膜32、参比电极33、负极片34依次叠放，且参比电极33位于相邻第一隔膜32之间，制成插有参比电极33的电芯，其中正极极耳35与正极片31相连，负极极耳36与负极片34相连，利用壳体37对插有参比电极33的电芯进行封装，并注入电解液，得到电池；对电池化成、分容得到带有参比电极33的卡片电池。制作三电极卡片有利于通过EIS测试获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12。
其中，所述正极片31包括第一正极集流体311以及贴附于所述第一正极集流体311上的第一正极活性材料涂层312；负极片34包括第一负极集流体341以及贴附于所述第一负极集流体341上的第一负极活性材料涂层342。
具体地，将干燥好的极片转移到手套箱中，通过贴胶、模切、擦极耳、超声焊、极耳贴胶、装配、顶封、底封、真空烘烤、注液、真空静置、真空侧封、高温静置、热冷压、老化、化成，分容步骤后制作成带有参比电极33的卡片电池。其中所述贴胶是指用胶带覆盖双面涂料极片的一面。所述模切是指沿着参考面位置对齐进行模切，留出极耳位置。所述擦极耳是将实验极片极耳上双面涂料擦掉，露出箔材，同时不能擦除极片上的涂料。所述超声焊是指将外接极耳焊接在实验极片上；注意阳极对应的是镍极耳，阴极对应的是铝极耳。所述极耳贴胶是在极耳点焊处粘贴绿胶，防焊渣与加强极耳硬度。所述装配是将第一隔膜32平放在新的无尘纸上，正极片31居中放置在一个第一隔膜32上，用绿胶固定极片四角；在相邻第一隔膜32之间设置参比电极33，负极片34居中放置在另一个第一隔膜32上，且确保负极片34不超出正极片31范围，且正负极耳胶保持同高。所述顶封是电池极耳沿封装机的两个凹口放入，壳体37顶边紧贴凹口壁。所述底封是将电池底部边缘超出封口机指定范围内，三电极电池底封不能压到铜丝。真空烘烤是使电芯开口。所述注液是极片烘烤结束后，在室温静置冷却后用移液器注液。所述真空静置一般是放入真空静置箱体内，静置设定时间。所述真空侧封是在真空条件下封口；所述老化是将电芯放入老化炉静置指定时间。
本实施例中，所述壳体37采用铝塑膜。所述电池不限于方形铝壳电池，也可以是圆柱电池或塑料壳体电池等。
所述干燥的正极片31、第一隔膜32、负极片34的获取方法为：拆解电池，将电池放电至空电状态，在干燥条件下拆解电芯，将顶盖与电芯分离；获取设定量的正极片31、负极片34及第一隔膜32，且对其进行干燥处理。
具体地，拆解电池时，将电池放电至空电在干燥房拆解电芯，干燥房要求湿度在15%±5,将电池的顶盖与电芯分离，顶盖在干燥房自然干燥1小时；取适量的正极片31、负极片34与第一隔膜32，在干燥房干燥1小时，剩余隔膜与电解液进行报废处理。
所述获取负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的负极、参比电极33与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12。
具体地，应用电化学工作站对50%SOC（剩余电量）三电极卡片电池进行EIS测试，通过专业测试电池交流阻抗的仪器进行测试，对测试结果用专业软件进行后处理，对测试结果进行拟合就可以得到负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12。
所述获取正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的正极、参比电极33与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10。
通过上述方式，可以得到包括SEI模阻抗Rsei、电荷转移阻抗Rct、以及扩散阻抗Rw的极化电阻。
具体地，应用电化学工作站对50%SOC三电极卡片电池进行EIS测试，通过专业测试电池交流阻抗的仪器进行测试，对测试结果用专业软件进行后处理，对测试结果进行拟合就可以得到正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10。
如图8所示，为了测试隔膜中电解液的离子电阻，需要制作对称卡片电池，其中所述对称卡片电池包括第二负极集流体41以及第二负极活性材料涂层42，所述第二负极集流体41粘附在所述第二负极活性材料涂层42上，且所述第二负极集流体41以及第二负极活性材料涂层42对称设计在卡片电池的两面上，两个第二负极活性材料涂层42之间设置有多层第二隔膜43，从而形成对称卡片电池。
本实施例中，所述第二负极集流体41、第二负极活性材料涂层42，以及第二隔膜43的获取方法为：拆解电池，将电池放电至空电状态，在干燥条件下拆解电芯，将顶盖与电芯分离；获取设定量的第二负极集流体41、第二负极活性材料涂层42，以及第二隔膜43，且对其进行干燥处理。
所述获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9的方法为：通过EIS测试对称卡片电池的欧姆阻抗，根据得到的测试结果，对数据拟合得到直线斜率，根据所述直线斜率获得隔膜离子阻抗R9。
若所述对称卡片电池的欧姆阻抗为R，则，其中n是隔膜层数，/>是隔膜离子阻抗R9，/>是集流体电阻，/>是活性材料涂层的电阻。根据不同隔膜层数的对称电池EIS测试结果，可以得到如图9所示的数据图，y=k*x+b，其中x代表不同的隔膜层数，y代表对称卡片电池的欧姆阻抗，b=，通过数据拟合得到直线斜率k，最终获得隔膜离子阻抗R9，也就是电解液在隔膜中离子电阻Rsep,ele。
最终，通过获取欧姆电阻（Rs）与极化电阻，实现了对DCR的所有电阻的获取。
所述步骤S2中，将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻的方法为：对于所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6转换为二次电池的电阻时，分别根据正极集流体、负极集流体、正极膜片、负极膜片的面积进行电阻转换；对于所述负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12转换为二次电池的电阻时，根据三电极卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算；对于所述隔膜离子阻抗R9转换为二次电池的电阻时，根据对称卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算。
由于获得的正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、以及负极SEI膜阻抗R12均是来着于拆解后的电池、或是原材料本身、或者是重新加工制作出的小电池，因此获得的各项阻值是小电池结构对应的阻值；而为了得到大电池，也就是二次电池的对应电阻，就需要进行转换，实现完成对大电池的分解，从而精确的获取各部分电阻。
下面结合各个电阻如何进行转换进行详细说明：
大电池的正极集流体电阻R31根据公式：R3/R31=/计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表正极集流体的面积。
大电池的负极集流体电阻R41根据公式：R4/R41= /计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表负极集流体的面积。
大电池的正极膜片电阻R51根据公式：R5/R51= /计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表正极膜片的面积。
大电池的负极膜片电阻R61根据公式：R6/R61= /计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表负极膜片的面积。
大电池的负极电荷转移电阻R71根据公式：R7/R71= /计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表三电极卡片电池的负极片的面积。
大电池的正极电荷转移电阻R81根据公式：R8/R81= 计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表三电极卡片电池的正极片的面积。
大电池的隔膜离子阻抗R91根据公式：R9/R91=计算得出，其中代表大电池的面积，/>代表对称卡片电池的正极片或负极片的面积。
大电池的正极离子扩散阻抗R101根据公式：R10/R101=计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表三电极卡片电池的正极片的面积。
大电池的负极离子扩散阻抗R111根据公式：R11/R111=计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表三电极卡片电池的负极片的面积。
大电池的负极SEI膜阻抗R121根据公式：R12/R121=计算得出，其中/>代表大电池的面积，/>代表三电极卡片电池的负极片的面积。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻，获取正极结构件欧姆电阻R1和负极结构件欧姆电阻R2；根据正极集流体、负极集流体的尺寸分别计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4；测量正极片电阻、负极片电阻，根据所述正极片电阻、负极片电阻以及正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4，分别计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6；制作三电极卡片电池，对三电极卡片电池进行充电，对具有设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，获取负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12；制作具有不同隔膜层数的对称卡片电池，通过EIS测试对称卡片电池的欧姆阻抗，获取隔膜中电解液的隔膜离子阻抗R9；
步骤S2：将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、以及负极SEI膜阻抗R12分别转换为对应的二次电池的直流电阻。
2.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：测试电池的正极结构件欧姆电阻、负极结构件欧姆电阻的方法为：利用电阻仪分别测试正、负极区域连接件和连接电阻，其中测试正极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的正极汇流排，另一只探针接触电池的正极极耳群，获取正极结构件欧姆电阻R1；测试负极区域连接件和连接电阻时，将电阻仪的一只探针接触电池的负极汇流排，另一只探针接触电池的负极极耳群，获取负极结构件欧姆电阻R2。
3.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：根据正极集流体、负极集流体的尺寸分别计算正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4的方法为：根据公式，/>，/>，计算正极集流体电阻R3，其中/>是正极集流体的电阻率，/>是正极集流体极耳的宽度，d1是正极集流体极耳的长度，THK1是正极集流体的厚度，/>是正极集流体不包括极耳的宽度，wid1 是正极集流体不包括极耳的长度，/>是正极集流体极耳的电阻，/>是正极集流体不包括极耳的电阻；根据公式/>，/>，/>，计算负极集流体电阻R4，其中/>是负极集流体的电阻率，/>是负极集流体极耳的宽度，/>是负极集流体极耳的长度，THK2是负极集流体的厚度，/>是负极集流体不包括极耳的宽度， wid2是负极集流体不包括极耳的长度，R41是负极集流体极耳的电阻，R42是负极集流体不包括极耳的电阻。
4.根据权利要求3所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：测量正极片电阻、负极片电阻，根据所述正极片电阻、负极片电阻以及正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4，分别计算正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6的方法为：利用膜片电阻测试***测量正极片电阻，所述正极膜片电阻R5=正极片电阻/>-正极集流体电阻R3；利用膜片电阻测试***测量负极片电阻/>，所述负极膜片电阻R6=负极片电阻/>-负极集流体电阻R4。
5.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：制作三电极卡片电池的方法为：将干燥的正极片、两个第一隔膜、参比电极、负极片依次叠放，且参比电极位于相邻第一隔膜之间，制成插有参比电极的电芯，利用壳体对插有参比电极的电芯进行封装，并注入电解液，得到电池；对电池化成、分容得到带有参比电极的卡片电池。
6.根据权利要求5所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：所述干燥的正极片、第一隔膜、负极片的获取方法为：拆解电池，将电池放电至空电状态，在干燥条件下拆解电芯，将顶盖与电芯分离；获取设定量的正极片、负极片及第一隔膜，且对其进行干燥处理。
7.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：所述获取负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的负极、参比电极与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到负极电荷转移电阻R7、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12。
8.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：所述获取正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10的方法为：应用电化学工作站对设定电量的三电极卡片电池进行EIS测试，测试时，将所述三电极卡片电池的正极、参比电极与电化学工作站连接，对测试结果进行拟合得到正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10。
9.根据权利要求1所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：将所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6、负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、隔膜离子阻抗R9、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12分别转换为二次电池的对应电阻的方法为：对于所述正极集流体电阻R3、负极集流体电阻R4、正极膜片电阻R5、负极膜片电阻R6转换为二次电池的电阻时，分别根据正极集流体、负极集流体、正极膜片、负极膜片的面积进行电阻转换；对于所述负极电荷转移电阻R7、正极电荷转移电阻R8、正极离子扩散阻抗R10、负极离子扩散阻抗R11、负极SEI膜阻抗R12转换为二次电池的电阻时，根据三电极卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算；对于所述隔膜离子阻抗R9转换为二次电池的电阻时，根据对称卡片电池和二次电池的面积进行电阻的换算。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的二次电池直流内阻的分解测试方法，其特征在于：所述对称卡片电池的欧姆阻抗为R，则，其中n是隔膜层数，/>是隔膜离子阻抗R9，/>是集流体电阻，/>是活性材料涂层的电阻。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230811 |