リチウムイオン電池の抵抗のテストには、通常、DCIR、ACIR、EIS の 3 つの方法が必要です。各方法には異なるテスト原理と物理的重要性があり、バッテリーの性能に関する独自の洞察を提供します。これらの方法の違いを理解するには、まず電流に対する抵抗を表すさまざまな用語を明確にする必要があります。
01. 抵抗とは何ですか？
抵抗は必ずしも抵抗成分を指すわけではありません。むしろ、それはデバイスまたは材料が電流の流れに対して与える抵抗を表し、基本的に電気エネルギーを他の形態のエネルギーに不可逆的に変換します。抵抗は、リアクタンス部分がゼロの場合のインピーダンスの特殊なケースです。
02. 電流抵抗を説明する用語
リチウムイオン電池の内部抵抗には、オーム抵抗、界面インピーダンス、電荷移動インピーダンス、拡散インピーダンス、オーム分極抵抗、電気化学分極抵抗、濃度分極抵抗が含まれます。
- オーミック抵抗:主に電極材料、電解質、セパレーターの抵抗、およびさまざまな部品の接触抵抗で構成されます。これはバッテリーのサイズ、構造、組み立てに関係します。
- 分極抵抗: 電流が電極を通過するときの平衡電位からの電極電位の偏差を指します。これは電気化学反応によって引き起こされ、一定ではありません。活物質の組成、電解質濃度、温度の変化により、充放電中に変化します。オーム抵抗はオームの法則に従いますが、分極抵抗は電流密度に応じて増加しますが、直線的には増加せず、多くの場合、電流密度の対数に応じて直線的に増加します。
電池の種類が異なれば、内部抵抗も異なります。同じ種類でも化学的特性のばらつきにより内部抵抗が変化する場合があります。内部抵抗はミリオーム単位で測定され、バッテリー性能の重要な技術指標です。一般に、内部抵抗が低いほど大電流放電能力が強いことを示し、内部抵抗が高いほど放電能力が弱いことを示します。
03.DCIRとは何ですか？
DCIR (直流内部抵抗) は、オーム抵抗、界面インピーダンス、電荷移動インピーダンス、拡散インピーダンス、オーム分極抵抗、電気化学分極抵抗、濃度分極抵抗など、バッテリー内の合計抵抗を測定します。Li イオンはテスト中に大きな空間変化を受けるため、動的抵抗と呼ばれます。
DCIR は、特定の電流レート (I) で特定の期間 (t) にわたってバッテリーを充電および放電し、プロセスの前 (U1) とプロセス後 (U2) の電圧を記録することによってテストされます。
R = (U2 – U1)/I
DCIR をテストする目的は、実際の動作条件におけるバッテリーのインピーダンスを取得することです。
04.ACIRとは何ですか？
ACIR (交流内部抵抗) は、交流を使用してバッテリーの抵抗を測定し、分極の影響を排除し、電流に対する材料の抵抗を直接測定します。十分に高い周波数 (f = 1/T) では、電流サイクルが十分に短いため、Li イオンは元の位置から大きく移動せず、単に前後に振動するだけになります。
高周波数では、次の仮定が行われます。
1. 電荷の移動が起こらないため、電荷の蓄積がなく、分極も起こりません。
2. 電荷分布が変化しないため、静電容量は変化しません。
3. Li イオンの位置が変化しないため、拡散インピーダンスがありません。
通常、1000Hz の周波数が使用されます。この時点で、バッテリーが純粋な抵抗器として動作すると仮定すると、ACIR 値はオーム抵抗と同等であるとみなされます。
05.EICとは何ですか？
電気化学インピーダンス分光法 (EIS): これは、非破壊的なパラメータ決定であり、バッテリーの運動挙動を決定するための効果的な方法です。周波数 w1 の小振幅正弦波電圧信号がバッテリー システムに印加され、システムは周波数 w2 の正弦波電流応答を生成します。励起電圧と応答電流の比率の変化が電気化学システムのインピーダンス スペクトルです。
ここで、ACIR と EIS のテスト方法は同じであり、どちらもテストに交流を使用することがわかります。ただし、ACIR は特定の周波数でのみテストするのに対し、EIS は周波数範囲内でのテストであり、両者の目的は異なります。
EIS は、特定の周波数範囲内の交流を使用してテストします。異なるコンポーネントは、異なる周波数の電流に対して異なる反応を示し、回路を異なる部分に分割し、各部分が特定のコンポーネントに対応するように人為的に規定します。実際、EIS テストでは、回路全体が各周波数に参加し、各コンポーネントが寄与します。
したがって、EIS の目的は、特定のコンポーネントの性能をさまざまな周波数で増幅し、それらを大まかに分割して、特定のコンポーネントの特定の分析を行うことです。
投稿日時: 2024 年 7 月 12 日
