EETALK——与大家一起聊聊电池基本特性（老化与开路电压特性）

春节就这么不知不觉的过去了，我承认又犯懒了，这么久第二集电池讲座还没有出来，各位久等了。
首先回顾一下上一集的内容
EETALK——与大家一起聊聊电池分类与基本概念
上一集主要介绍了电池相关的基本概念，这一集将分析一下电池的基本特性。
锂离子电池内部化学反应主要依靠锂离子穿透隔膜在正负极之间的迁移储存和释放能量的。锂电池反应机理如图所示。

电池反应机理

负极材料一般是层状结构的石墨，一般以正极材料命名电池，如钴酸锂电池、磷酸铁锂电池等。锂离子电池利用的是化学反应形成的锂离子浓度差原理构成的，正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。隔膜采用高强度薄膜聚烯烃多孔膜结构，主要作用是分隔正负电极防止短路，此外隔膜还具有导通电解质离子的功能。电子无法通过隔膜只能通过集流体从电池外部形成电流。充电时锂离子从正极脱出经过电解液嵌入负极，负极表面聚集大量锂离子呈富锂状态，正极呈现贫锂状态。此时，电子在外电路形成从正极到负极的电流进行电荷补偿。放电时锂离子从负极脱出，通过电解液嵌入正极，此时正极富锂状态，负极贫锂状态，外电路形成从负极到正极的电流进行电荷补偿。从锂离子电池电化学反应过程可以发现，锂离子传递电荷的能力与锂离子浓度和嵌入化合物的种类有关。
在稳定状态下不同soc状态电池电动势是存在固定的非线性关系的。具体曲线如图所示。

电池电压特性

从图中看，soc低的时候开路电压低，一直到30%soc时几乎是线性增大的，中间30%-80%开路电压达到一个平台期，但从80%-100%时，电压有一个陡增的过程。这个图是磷酸铁锂电池开路电压曲线，此图中陡增过程不太明显。三元材料电池也存在类似曲线，但中间平台期不那么明显。有感兴趣的可以找一些相关文献学习一下。
电池根据他的反应特点进行建模，比较常见的模型是等效电路模型

等效电路模型

模型中Uocv就是电动势，R是等效欧姆内组，表示电池正负极材料的固有物理属性，R1就是极化内组，属于电化学特性，并联的电容是极化电容。U代表测量得到的端电压。
电池在充放电过程中，由于电流的作用，内组上产生电压降，充电时高于开路电压，放电时低于开路电压。不同倍率电池放电曲线如图所示。

不同倍率电池放电曲线

电池欧姆内阻、极化内组曲线

图中R0是欧姆内组，R1是极化内组，较低SOC时欧姆内组大，极化内组也大，在中段SOC都相对平稳。一般电池内组几个毫伏，随温度变化规律如上图所示。
此外，锂离子电池老化特性也十分重要，包括日历老化和充放电循环使用造成的老化。所谓日历老化，就是化成完成后，长时间静置，电池容量会衰减，这个过程一般时间比较长，几个月甚至1年。而使用老化主要是电池使用过程中负极表面形成阻碍锂离子迁移的SEI膜，随着SEI膜的增厚，锂离子迁移受阻，传递能量也变少。典型的老化曲线如图所示。

电池老化曲线

图中是不同倍率循环老化的曲线，倍率越大老化越快。这只是恒流充放电老化的曲线，而实际工况下的老化还需要进一步研究，由于没有普遍性和对比的可能，所以一般都采用固定工况和循环老化来评价电池老化特性。

至此，电池开路电压特性、放电特性、老化特性、内组特性等都介绍完毕，希望上述内容对看客们有所益处。

老规矩，提两个问题：
1、从上面图中曲线看，在低温环境下放电时电池开路电压与室温相比大还是小？
2、电池老化后内组变化趋势增大还是减小？