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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 电池极化大对锂离子电池相应的电化学性能会带来哪些影响？
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jiangying163168

金虫 (正式写手)

[求助] 电池极化大对锂离子电池相应的电化学性能会带来哪些影响？

磷酸铁锂锂离子电池极化大的话，会对它的EIS、CV、充放电性能带来哪些影响？而极化产生的原因有哪些，怎么去消除这些极化所带来的不好的影响？本人愚钝，求大侠们解释。
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1楼2012-08-07 09:14:52
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电池小兵

铁杆木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
seagrove: 回帖置顶 2012-08-07 20:58:35
seagrove: 金币+5, ECEPI+1, 应助积极，仔细 2012-08-07 20:58:54
jiangying163168: 金币+20 2012-08-08 12:39:30
1、首先讲一下电池的极化概念
当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，与之相对应的电势是电极的可逆电势，当有一定的电流通过时，其电势值会偏离可逆电势值，一般电流越大，偏离也越大。在有电流通过电极时，电极电势偏离平衡状态时可逆值的现象称为电极极化。
电池的极化是指有一定电流通过时，电池的电压偏离平衡态时的开路电压的现象，一般包括正、负极、电解液、极耳、电池结构的接触等的造成的电池极化。

2、电池极化的分类
通常可将锂离子电池极化分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化三类。
(1)欧姆极化
        顾名思义，有锂离子电池的欧姆内阻引起的极化，叫欧姆极化，也成电阻极化。电池的欧姆内阻(R)由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成（有些解释还把膜电阻也算上），通过一定的电流时，其极化电势可以计算，E=IR(欧)。
(2)电化学极化
        指由于正、负极上电化学反应速度小于电子运动速度而造成的极化。
(3)浓差极化
       指由于参与反应的锂离子扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。

3、对EIS、CV、充放电等结果的影响
(1)EIS
       欧姆极化大（本质是欧姆内阻大），电池的EIS的Nyquist图与实轴的交点值会大。
       电化学极化大，EIS表现为RCT大，也就是半圆弧直径会大。
       浓差极化大，在EIS结果表现出就是低频的直线阻抗值较大，其W系数值也不一样。
(2)CV
      欧姆内阻在测CV时可用去除欧姆降的功能消除，因此不会影响CV结果。但是极化大的体系，如果扫速较大，其氧化还原电位会发生一定的偏离，表现为氧化还原峰电位差增大。当然，这可以通过控制扫速来消除影响，扫速越低越好。
(3)充放电，本质就是恒电流技术
     一定的充放电倍率条件下，电池极化大，电池容量就会下降。

4、产生极化的原因
     产生极化的原因请见附件中的图1。
     要完全消除极化极化是不可能的，只能是在选择材料、设计和制作电池时尽可能去减小电池的极化。

上述内容部分参照了liuhailu08，sanren以前发表的帖子，特此感谢。
并希望小兵的回帖对你有所帮助。
祝科研顺利~

图1  电池极化影响因素
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wuqi1413
【欢迎加入小兵建的“电化学与锂电”QQ群：255149470】语录：在茫茫众生中，我不是歌星、也不是影星、更加不是幸运星，我只是一个想踏踏实实研究电池的无名小兵!
2楼2012-08-07 11:27:18
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langzhizhou

版主 (职业作家)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
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jiangying163168: 金币+10 2012-08-09 21:19:18
seagrove: 金币+5, ECEPI+1, 应助积极，奖励 2012-08-17 23:31:24
引用回帖:
11楼: Originally posted by jiangying163168 at 2012-08-09 12:40:13
用140时，要指明添加剂，你说的添加剂指的是哪些？我基本上看文献上面都不怎么说明算充放电电流时的理论容量取的多少。所谓的和导电剂、粘结剂一起考虑是指正极片称出来的质量就直接作为活性物质的质量吗？...

所谓的添加剂就是你配料中，除了活性材料之外的其他物料，包括导电剂＼粘结剂等等；计算纯ＬＦＰ的比容量，往往要扣除这些东西的影响；

文献上进行充放电时，是已经有了该材料的具体容量数据，只做一次实验肯定不能拿发文章的，理论容量就是170，这个大家都知道；

当活性材料和添加剂一起考虑的时候，就是正极片称量出来的，扣除铝箔后的重量；
这是你在设计商业电池的时候要考虑的情况，因为它计算的比容量肯定比只考虑LFP低，不好发文章，但有实际意义
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何处高楼无可醉，谁家红袖不相怜！
14楼2012-08-09 20:13:41
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langzhizhou

版主 (职业作家)
引用回帖:
6楼: Originally posted by jiangying163168 at 2012-08-08 21:09:39
我们采用的是恒电流充放电程序，看一些文献说充放电是先0.1C充，再0.2C或者0.5C、1C、5C下放电，请问这是一种什么方式的充放电呢？           我的是磷酸铁锂包覆碳的材料，我采用的倍率恒电流充放电，电流的大小是 ...

嗯，首先，LFP用理论容量170mAh肯定不对，但你用100又是怎么的出来的？这个数据如果是拍脑袋的出来的，肯定也不合适；
大部分文献用140是合理的，在提出添加剂的情况下；如果和导电剂，粘结剂什么的一起考虑的话，大约120--130的样子；

我们在来说你的0.2C充放电问题：
根据你提供的数据，我们假定扣式电池容量是120，而你按照100计算的话，0.2C容量为20，需要充放电20*6=120，也就是需要6个小时；由此产生了你的问题，0.2C充电时间大于5小时：

这里要和你说抱歉了，前面提到认为你的电池极化大的原因是假定测量的1C容量是100，由此计算0.2C需要的电流是20，但是实际上0.2C充放电进行了6或者7个小时；依次为前提，才能判断你的电池极化很大，即1C容量和0.2C容量相差很大。

我不知道你额定1C容量是你自己估算的，这点是我的失误。。。  
重现调整数据，极化大的判断不准确。
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8楼2012-08-09 00:35:13
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jiangying163168

金虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by 电池小兵 at 2012-08-07 11:27:18
1、首先讲一下电池的极化概念
当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，与之相对应的电势是电极的可逆电势，当有一定的电流通过时，其电势值会偏离可逆电势值，一般电流越大，偏离也越大。在有电流通过电极时，电 ...

如果极化对材料的充放电表现在比容量下降的情况下的话，那我想请问下我的电池在0.2C充放电时，时间不是5个小时，而是超过五个小时，基本上充放电都在六个小时左右，请问这个时间超出倍率所应有的时间是否正常？有人说是极化大的原因，我不知道是不是，麻烦指点下。
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4楼2012-08-08 12:42:44
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电池小兵

铁杆木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
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jiangying163168: 金币+8 2012-08-08 21:03:52
引用回帖:
4楼: Originally posted by jiangying163168 at 2012-08-08 12:42:44
如果极化对材料的充放电表现在比容量下降的情况下的话，那我想请问下我的电池在0.2C充放电时，时间不是5个小时，而是超过五个小时，基本上充放电都在六个小时左右，请问这个时间超出倍率所应有的时间是否正常？有人 ...

如果极化过大，那么放电时间会更短，不会超过5小时的。

采用恒电流放电，如果你说的的放电时间不是五个小时而是六个小时现象，那么放电电流应该是实际容量的1/6C。
不大清楚你发的是什么程序，是直接输入电流，还是输入倍率。
如果你输入的是0.2C，那么表明比容量或者活性物质质量输入有点问题。
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5楼2012-08-08 13:21:45
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mlanqiang

木虫之王 (文学泰斗)

蓝博士

【答案】应助回帖

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seagrove: 金币+1, 感谢应助 2012-08-07 20:59:12
jiangying163168: 金币+2 2012-08-08 12:42:53
完全消除极化极化是不可能的，但可以弱化。
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蓝精灵
3楼2012-08-07 12:20:01
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jiangying163168

金虫 (正式写手)
引用回帖:
5楼: Originally posted by 电池小兵 at 2012-08-08 13:21:45
如果极化过大，那么放电时间会更短，不会超过5小时的。

采用恒电流放电，如果你说的的放电时间不是五个小时而是六个小时现象，那么放电电流应该是实际容量的1/6C。
不大清楚你发的是什么程序，是直接输入电流， ...

我们采用的是恒电流充放电程序，看一些文献说充放电是先0.1C充，再0.2C或者0.5C、1C、5C下放电，请问这是一种什么方式的充放电呢？           我的是磷酸铁锂包覆碳的材料，我采用的倍率恒电流充放电，电流的大小是通过理论比容量X活性物质质量X倍率前面的系数（比如0.1、0.2等）得到的，磷酸铁锂理论比容量是170，我用的是100进行计算得出电流大小的，是不是问题出在这方面？可以这样计算不？我看有些用的是140来进行计算的。
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6楼2012-08-08 21:09:39
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电池小兵

铁杆木虫 (著名写手)
引用回帖:
6楼: Originally posted by jiangying163168 at 2012-08-08 21:09:39
我们采用的是恒电流充放电程序，看一些文献说充放电是先0.1C充，再0.2C或者0.5C、1C、5C下放电，请问这是一种什么方式的充放电呢？           我的是磷酸铁锂包覆碳的材料，我采用的倍率恒电流充放电，电流的大小是 ...

嗯 放电时间就是和你设置的电流大小有关
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7楼2012-08-08 22:27:58
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langzhizhou

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引用回帖:
5楼: Originally posted by 电池小兵 at 2012-08-08 13:21:45
如果极化过大，那么放电时间会更短，不会超过5小时的。

采用恒电流放电，如果你说的的放电时间不是五个小时而是六个小时现象，那么放电电流应该是实际容量的1/6C。
不大清楚你发的是什么程序，是直接输入电流， ...

如果极化过大，那么放电时间会更短，不会超过5小时的。

这里的前提是拿0.2C和更低甚至0.1C比，才能让时间小于5小时；

而如果和1C比较的话，1C是1小时，0.2C是6小时，明显是极化大的原因；
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9楼2012-08-09 00:37:57
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jiangying163168

金虫 (正式写手)
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7楼: Originally posted by 电池小兵 at 2012-08-08 22:27:58
嗯 放电时间就是和你设置的电流大小有关...

你们的充放电程序是怎么设置的？可以给我解释下为什么有些人采用先0.1C充，再0.2C或者0.5C、1C、5C下放电，这跟恒电流充放电有什么区别？
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10楼2012-08-09 12:36:20
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