Il test della resistenza delle batterie agli ioni di litio prevede comunemente tre metodi: DCIR, ACIR ed EIS.Ciascun metodo ha principi di test e significato fisico distinti, offrendo approfondimenti unici sulle prestazioni della batteria.Per comprendere le differenze tra questi metodi, dobbiamo prima chiarire i vari termini che descrivono la resistenza al flusso di corrente.
01. Cos'è la Resistenza?
La resistenza non si riferisce necessariamente a un componente resistivo;piuttosto, descrive l'opposizione che un dispositivo o un materiale presenta al flusso di corrente, convertendo sostanzialmente l'energia elettrica in altre forme di energia in modo irreversibile.La resistenza è un caso specifico di impedenza quando la parte di reattanza è zero.
02. Termini che descrivono la resistenza attuale
La resistenza interna di una batteria agli ioni di litio comprende resistenza ohmica, impedenza di interfaccia, impedenza di trasferimento di carica, impedenza di diffusione, resistenza di polarizzazione ohmica, resistenza di polarizzazione elettrochimica e resistenza di polarizzazione di concentrazione.
- Resistenza ohmica: composta principalmente dalla resistenza dei materiali degli elettrodi, degli elettroliti, dei separatori e dalla resistenza di contatto di varie parti.È correlato alle dimensioni, alla struttura e all'assemblaggio della batteria.
- Resistenza di polarizzazione: si riferisce alla deviazione del potenziale dell'elettrodo dal potenziale di equilibrio quando la corrente passa attraverso l'elettrodo.È causato da reazioni elettrochimiche e non è costante;cambia durante la carica e la scarica a causa delle variazioni nella composizione dei materiali attivi, nella concentrazione dell'elettrolita e nella temperatura.La resistenza ohmica segue la legge di Ohm, mentre la resistenza di polarizzazione aumenta con la densità di corrente ma non in modo lineare, spesso aumentando linearmente con il logaritmo della densità di corrente.
Diversi tipi di batterie hanno diverse resistenze interne.Anche all'interno dello stesso tipo, la resistenza interna può variare a causa di incongruenze nelle caratteristiche chimiche.La resistenza interna è misurata in milliohm ed è un indicatore tecnico cruciale delle prestazioni della batteria.In genere, una resistenza interna inferiore indica una maggiore capacità di scarica ad alta corrente, mentre una resistenza interna più elevata suggerisce capacità di scarica più deboli.
03. Cos'è il DCIR?
DCIR (Resistenza interna corrente continua) misura la resistenza totale all'interno della batteria, inclusa resistenza ohmica, impedenza di interfaccia, impedenza di trasferimento di carica, impedenza di diffusione, resistenza di polarizzazione ohmica, resistenza di polarizzazione elettrochimica e resistenza di polarizzazione di concentrazione.Poiché gli ioni di litio subiscono cambiamenti spaziali significativi durante i test, si parla di resistenza dinamica.
Il DCIR viene testato caricando e scaricando la batteria con una specifica velocità di corrente (I) per una certa durata (t) e registrando la tensione prima (U1) e dopo (U2) il processo:
R = (U2 – U1)/I
Lo scopo del test DCIR è ottenere l'impedenza della batteria come sarebbe nelle condizioni operative effettive.
04. Cos'è l'ACIR?
ACIR (Resistenza interna alla corrente alternata) misura la resistenza della batteria utilizzando la corrente alternata per eliminare gli effetti della polarizzazione e misurare direttamente la resistenza del materiale alla corrente.Con una frequenza sufficientemente elevata (f = 1/T), il ciclo attuale è sufficientemente breve da impedire agli ioni di litio di spostarsi in modo significativo dalle loro posizioni originali, ma semplicemente oscillando avanti e indietro.
Alle alte frequenze si fanno le seguenti ipotesi:
1. Non si verifica alcun movimento di carica, quindi non vi è accumulo di carica e non si verifica alcuna polarizzazione.
2. La capacità rimane invariata poiché la distribuzione della carica non cambia.
3. Non c'è impedenza di diffusione perché la posizione degli ioni Li non cambia.
Tipicamente, viene utilizzata una frequenza di 1000 Hz, a quel punto il valore ACIR è considerato equivalente alla resistenza ohmica, presupponendo che la batteria si comporti come un resistore puro.
05. Cos'è l'EIC?
Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS): è una determinazione non distruttiva dei parametri e un metodo efficace per determinare il comportamento cinetico della batteria.Un segnale di tensione sinusoidale di piccola ampiezza con una frequenza di w1 viene applicato al sistema di batterie e il sistema genera una risposta di corrente sinusoidale con una frequenza di w2.La variazione del rapporto tra la tensione di eccitazione e la corrente di risposta è lo spettro di impedenza del sistema elettrochimico.
Si può scoprire qui che i metodi di prova ACIR ed EIS sono gli stessi, entrambi utilizzano corrente alternata per i test.Tuttavia, ACIR è un test solo ad una determinata frequenza, mentre EIS è un test entro un intervallo di frequenze e gli scopi dei due sono diversi.
L'EIS utilizza la corrente alternata entro un determinato intervallo di frequenza per eseguire il test.Componenti diversi rispondono in modo diverso a correnti di frequenze diverse per dividere il circuito in parti diverse e quindi stabilire artificialmente che ciascuna parte corrisponda a un determinato componente.Infatti, nel test EIS, ad ogni frequenza partecipa l'intero circuito, ed ogni componente contribuisce.
Pertanto, lo scopo dell'EIS è quello di amplificare le prestazioni di specifici componenti attraverso diverse frequenze, in modo da suddividerle approssimativamente e fare un'analisi specifica di un determinato componente.
Orario di pubblicazione: 12 luglio 2024
