[发明专利]基于交流阻抗法的锂离子电池失效分析方法

摘要

锂离子电池的安全性能备受关注，在滥用条件下锂离子电池负极上极易发生析锂，形成锂枝晶，造成电池热失控甚至爆炸。本发明采用了电化学交流阻抗测试的方法，分析了交流阻抗谱信号与电池内部环境的关系，能够从交流阻抗谱上分析SEI膜电阻变化，从而实现了在不损坏电池的情况下，快速准确预测电池的枝晶内短路状态，进而评估电池的寿命及安全性。

主权项

1.一种基于交流阻抗法的锂离子电池失效分析方法，包括以下步骤：1)选择全新锂离子电池作为待测试样品，经过化成之后，采用恒流充放电或恒流‑恒压充放电法进行正常充放电循环，循环至n1圈，循环结束后电池荷电状态在80％‑100％SOC之间；2)使用CHI660e电化学工作站进行EIS测试，对EIS测试结果构建模拟等效电路，该电路由溶液阻抗、界面阻抗、电荷转移及Warburg阻抗三部分串联，溶液电阻由Re表示；界面阻抗由负极表面固态电解质膜引起，由电容CSEI与电阻RSEI并联组成，表示为CSEI//RSEI；电荷转移部分由一个电荷转移电阻Rct与Warburg阻抗Zw串联，再与恒相位元件CPE并联，其中Rct反映电极的电荷转移步骤阻抗，Zw反映电极扩散层的扩散阻力，基于模拟电路拟合曲线，得到电阻RSEI，循环n1圈的电阻记为RSEI,n1。3)继续对电池进行充放电循环至n2圈，重复步骤2)，得到电阻RSEI,n2，之后再循环至n3圈，重复步骤2)，得到RSEI,n3，通过上述方法，当对电池进行充放电循环至ni圈时，共得到RSEI,n1‑RSEI,ni一共i个RSEI电阻值；4)绘制RSEI,ni关于循环圈数ni曲线，得到RSEI随循环周数变化的规律，整体趋势而言，RSEI随循环周数逐渐变大，但是在某个循环周数ng后，RSEI突然出现减小，即该循环周数ng为即将发生枝晶内短路的时间，此时电池内锂枝晶对SEI膜产生了破坏。