单体电池之间的不一致性往往会导致循环过程中容量衰减快、电池组寿命短等问题。尽可能选择性能相同的电池进行分组,对锂电池在动力电池中的推广应用具有重要意义。
1.不一致的定义
锂电池的不一致性是指相同规格型号的单体电池组成电池组后,在电压、容量、内阻、寿命、温度效应、自放电率等参数上存在一定的差异。
单体电池制造出来后,初期性能会有一些差异。随着电池的使用,这些性能差异不断积累,同时由于电池组中每个单体电池的使用环境并不完全相同,单体电池的不一致性逐渐放大,从而加速电池的性能衰减,最终造成电池组的过早失效。
2.不一致的表现
锂电池的不一致性主要表现在两个方面:电池性能参数(电池容量、内阻和自放电率等)的差异。)和电池荷电状态(SOC)的差异。
电池间容量的差异分布接近韦尔分布,但内阻的离散程度比容量的离散程度更显著,同一批次电池的内阻一般满足正态分布规律,自放电率也呈现近似正态分布。SOC代表电池的荷电状态,是电池剩余容量与额定容量的比值。据信,由于电池的不一致性和不同的容量衰减率,电池的最大可用容量是不同的。小容量电池的SOC比大容量电池变化快,充放电时更快达到截止电压。
3.不一致的原因
锂电池不一致的原因有很多,主要是制造工艺和使用过程。制造过程中的每一个环节,比如配料时浆料的均匀性,涂布时面密度和表面张力的控制等,会造成单个细胞性能的差异。
锂电池制造工艺对电池一致性的影响,重点研究了水性粘结剂体系锂电池生产工艺对电池一致性的影响。在电池的使用过程中,谢娇等人认为连接方式、结构件/器件、工作条件、环境都会影响电池组的一致性。因为各个连接点消耗的能量不一致,各个部件或结构的性能和老化速度也不一致,所以对电池的影响也不一致。另外,由于电池中每个单体电池的位置、温度、性能衰减不同,会放大单体电池的不一致性。