推荐厂家
暂无
暂无
锂电池的内阻是电池性能评估的重要指标之一,已广泛应用于电动汽车系统、储能系统、电子设备和新能源产业等多领域,所以对于锂电池性能参数的快速测试也有了大量需求。内阻影响着锂电池功率性能和放电效率,随着存储时间的增加,电池不断老化,其内阻不断增大。不同类型的锂电池内阻变化程度不同,其初始的内阻大小主要受电池的结构设计、原材料性能和制程工艺的影响。通过测试内阻,可以全面评估电池在高功率应用下的性能表现,是衡量功率性能和寿命的关键参数。因此,内阻的合理控制和优化是提高电池品质、性能和可靠性的重要手段,对锂电池内阻的持续关注和有效管理是不可忽视的重要议题。通过精准测试和控制锂电池内阻,可以更好地满足不同应用场景对电池性能和品质的要求,推动电池技术的不断创新与进步。[img=锂电池内阻测试.png]http://uphotos.eepw.com.cn/1693205920/pics/1712640743873053.png[/img][b]锂电池的内阻[/b]是指电池在工作时,电流通过电池内部时所遇到的电阻。内阻的大小直接影响电池的性能,包括放电效率、温升情况以及电池的寿命。锂电池内阻通常分为欧姆内阻和极化内阻两部分。其中欧姆内阻由电池的总电导率决定,极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定。[b]欧姆内阻:[/b] 由电极材料、电解液、隔膜电阻以及各部分零件的接触电阻所构成。它是电流通过电池时产生的电阻。极化内阻: 是指电化学反应时由极化引起的电阻,包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。两者共同影响电池内阻的变化。[b]解决方案分享[/b]锂电池内阻测量可采用[b]直流内阻测量方法(DCR)和交流内阻测量方法(ACR)两种[/b]。[b]直流内阻测量方法[/b]是测试设备让电池在短时间内(一般为2~3秒)强制通过一个很大的恒定直流电流(一般使用40A~80A的大电流),测量此时电池两端的电压,并按公式计算出当前的电池内阻。通过公式计算出电池的直流内阻。然而,这方法存在一些问题,如果长时间通过大电流电池内部的电极会发生极化现象,出现极化内阻,影响结果的可靠性。另一种[b]交流内阻测量方法[/b]是通过在电池正负极注入正弦波电流信号,同时通过另外两端在电池正负极检测得到正弦波电压信号,进而可以推导出电池的交流内阻。交流内阻测试通入的电流较小,一般为50mA,且测量时间短,一般发生在毫秒级。现如今交流内阻测量方法得到了广泛的认可,并在实际应用中得到了较多的采用。但无论哪种方法,都存在一些很容易被我们忽视的问题,那就是测试仪器本身的元件误差和用于连接电池的测试线缆问题。一条短短的从仪器到电池的连接线本身也存在电阻(大约也是微欧级),还有电池与连接线的接触面也存在接触电阻,这些都将影响测试结果的准确性。[img=锂电池内阻测试方案图.png]http://uphotos.eepw.com.cn/1693205920/pics/1712640865761075.png[/img]由此可见在测量锂电池交流内阻时,采用高精度的测量仪器至关重要。SBT300电池测试仪是一款高精度、高分辨率的电池测试仪。采用交流四端子测试方法,可更精准地测试锂电池的内阻和电压。电阻最小分辨率可达0.1μΩ,电压最小分辨率可达10μV。内建比较器功能,可自动判断电池参数是否符合标准,以便统计合格率,适合各种电池的检测和分拣。仪器具有RS-232C/LAN通讯接口,支持SCPI通讯协议。为手机锂电池、动力电池、储能电池等各种应用场景提供精准测试支持。[b]主要优势[/b]1、比较器功能:电池测试仪SBT300中的电压和交流内阻测量分别具备独立的比较功能,能够同时进行Pass/Hi/IN/Lo的判断并在画面上显示,且可以向外部I/O口输出综合判断结果。2、模拟输出功能:电池测试仪SBT300可以进行交流内阻测量值的模拟输出,通过将模拟输出量连接到数据记录仪上,记录交流内阻值的变化,便于使用数据采集仪进行需要长期记录的测量和电池的评估等。3、统计功能:电池测试仪SBT300可以根据测量结果计算统计指标,绘制正态分布图,观察测量结果的正态分布情况。4、存储功能:电池测试仪SBT300内置2.8G存储空间,测量结果可以使用csv格式或者mat格式存储到仪器内存,并且提供USB接口,能够通过外接U盘导出数据,随时查看相应时间的测量结果。
[b]概 述[/b] 锂离子电池作为一种新型无污染、可再生的二次能源装置,具有输出电压高、比容量高、寿命长等优点,因此成为了手机、笔记本电脑、电动汽车以及航空航天领域的理想电源之选。正极材料、负极材料、电解液以及隔膜是锂离子电池的核心组成部分,电解液的主要作用是承载着锂离子在正负极之间的传导,组成部分包括锂盐、有机溶剂以及功能添加剂。隔膜起着隔开正、负极材料的作用,防止二者接触造成短路,其主要是由过孔的高分子聚合物薄膜构成,在实际应用过程中,锂离子电池充电/放电就是靠锂离子在正、负极材料中可逆的嵌入/脱出来完成。作为锂电池的核心组成之一——负极材料,今天就随小编来一起探究锂离子电池负极材料的神秘世界吧。[b]一、样品制备[/b] 为了更好地观察锂电池负极材料的内部结构,小编们决定观察负极材料的截面,但是传统的截面样品制备方式或多或少地会使样品形貌失真,比如剪切的话会使样品表面产生应力,为了更好地观察负极材料的真实结构,于是小编们将样品制备在挡板上,采用Gatan的氩离子抛光仪对样品截面进行抛光处理后观察。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/d59890fd-9324-4220-bc05-b6129b4b235c.jpg[/img][/align][align=center]图一:(A)、原始样品[/align][align=center][/align][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/31c2099e-7941-4619-bc66-b4bb11c4956b.jpg[/img][/align][align=center](B)、将样品剪切合适后粘在挡板上[/align][align=center][/align][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/34515ad9-b076-402b-b2a6-62a6a1c44dc0.jpg[/img][/align][align=center](C)、抛光处理后的样品[/align][align=center]图一:样品的制备[/align][b]二、锂电池负极材料的SEM分析[/b]采用ZEISS的sigma 500电镜观察样品的形貌,从图二的A图负极材料截面宏观形貌图可以看出锂电池负极材料分为上中下三层, 从图二的B图可以看出负极材料其形貌存在层状结构,从图二的C、D图可以看出出现了不同的成分衬度,代表着不同的元素分布。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/54f50ea6-1628-4294-b576-a938f2f0d2f2.jpg[/img][/align][align=center][/align][b]三、锂电池负极材料的元素分析[/b] 结合图三的A图SEM图和能谱面分布B、C图可以看出,锂电池负极材料的上下两层主要是石墨且掺杂有硅。自锂电池问世以来,石墨一直是负极材料的主流,石墨为层状结构,层与层之间通过范德华力结合在一起,层内碳原子统统以sp[sup]2[/sup]杂化的共价键结合。其具有的优良导电性和高度结晶的层状结构,有利于锂离子的嵌入与脱出,且其具有工作电压平台较低以及稳定性好等特点,但是其理论比容量仅为372mAh/g,实际生产应用的产品已经能达到360mAh/g,接近其理论比容量,因此石墨负极已经难有提升空间。硅理论比容量高达4200mAh/g,而且具有较低的嵌锂电位,然而,硅在电化学循环过程中,体积变化高达400%,严重影响其比容量、库伦效率和循环稳定性等电化学性能,因此为充分利用硅和石墨的优点,同时克服其缺点,在石墨材料中掺硅是获得高比容量负极材料的有效途径。 根据锂电池的工作原理和结构设计,负极材料需涂覆于导电集流体上。金属箔是锂离子电池集流体的主要材料,其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来,以便形成较大的电流输出。通过图三的能谱面分布D图可以看出锂电池负极材料采用的金属箔是铜箔,这主要是铜箔具有良好的导电性、质地较软、制造技术较成熟、价格相对低廉等特点,因而成为锂离子电池负极集流体首选。一般将配好的负极活性浆料均匀涂覆在铜箔表面,活性材料厚度为50~100um,经干燥、滚压、分切等工序,制得负极电极,铜箔在锂离子电池内既可充当负极活性材料的载体,又可充当负极电子收集与传导体。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/03bc2c1f-4f00-4689-bdc3-4a96e324820e.jpg[/img][/align][b]结 论[/b] 通过扫描电镜的显微观察以及能谱分析,可以看出该锂电池的负极材料主要由掺硅的石墨涂覆在铜箔上组成,是一种常见的锂电池负极材料,人们为了获得性能更好的负极材料,已经出现了众多类型的锂电池负极材料,但是随着大家对锂电池负极材料的研究越来越深,锂电池负极材料的种类也将更加丰富。根据锂离子电池的形状锂离子电池可分为圆柱形的锂离子电池、方形的锂离子电池、扣式锂离子电池等,下图是锂离子电池的结构图。[align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/a4cb349f-76eb-48bd-bc72-8b717a9c2917.jpg[/img][/align][align=center]图五:(A)、圆柱形锂离子电池的结构[/align][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/e282ac3e-16c0-48da-8675-562c944eedd0.jpg[/img][/align][align=center](B)、方形锂离子电池的结构[/align][align=center][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201705/uepic/cc820147-eda5-4e90-8cfd-00b6e17248f7.jpg[/img][/align][align=center](C)、扣式锂离子电池的结构[/align][align=center]图五:锂离子电池的结构图[/align][align=center][/align]
为了解决日益突显的能源、环保问题,新能源行业越来越受到世界各国的关注。锂电池行业作为国家重点扶持新能源项目发展较为迅速。近两年,中央和地方各项扶持政策协同效果逐渐显现,我国的新能源汽车市场出现了超预期发展和增长,并带动了产业链上下游企业的高速增长尤其是锂电池行业, 随着新能源汽车销量的进一步提高,业内预计,2018年锂电池或将进入供应紧张的阶段,强烈的需求对锂电池的产品技术、工艺、性能提出了更高的要求,更进一步凸显了产能的不足。目前国际上大多采用先进的激光焊接技术对锂电池的电池芯及保护板进行焊接。随着制造业的不断发展,大力发展高端制造技术,如何提高激光技术在锂电池制造领域的技术水平、如何升级优化激光焊接设备的整体性能,成为目前各个厂家研究的重点。在运动平台部分,直线电机相较于滚珠丝杆有更优的动态性能,更精密的定位精度及重复定位精度,更高的稳定性,更低的维护成本。用直线电机传动平台替换滚珠丝杆运动平台已成为必然趋势。激光焊接技术特点及难点: 激光焊接是一个将正负极材料、隔膜和电解液等原材料化零为整的融合制造过程,是整个锂电池生产流程中的关键工艺。激光焊接是利用激光束优良的方向性和高功率密度等特点来进行工作的。激光焊接有以下特点:激光功率密度高,可以对高熔点、难熔金属或两种材料进行焊接 聚焦光斑小,加热速度快,作用时间短,热影响区域小,热变形可忽略;激光焊接属于非金属焊接,无机械应力和机械变形;激光焊接装置易于计算机联机,能精确定位,实现自动焊接。锂电池模组通过高效精密的激光焊接可以大大降低接触电阻,降低能耗,提高电池的安全性、可靠性和使用寿命。但激光焊接要求焊件装配精度高,且要求激光束在工件上的位置不能有显著偏移。若焊件装配精度以及激光束定位精度达不到要求,很容易造成焊接缺憾,影响焊接质量。激光焊接技术的特点以及锂电池的结构性能对激光焊接设备的运动平台提出了更高更精密的要求。双轴联动直线电机平台技术特点及难点: 直线电机的本质是把旋转电机平放展开并直接连接到驱动负载上。它能替代例如滚珠丝杠、齿条与齿轮、皮带与皮带轮和减速箱的所有机械传动部分,从而消除了齿隙以及与机械传动相关的问题。具有结构简单、调速范围宽、动态性能优良、定位精度高、安全可靠、运行噪声低、无磨损、免维护以及无限行程等优点。灵猴双轴联动直线电机平台加速度可达5g、重复定位精度可达1μm并且在深度优化结构设计的基础上采用独特自主编写控制算法,跟踪检测速度波动,并作出后续补偿,使双轴直线电机在高速度走曲线小圆弧运动条件下,速度波动在3%以下,轨迹偏差更是在微米级别。完全满足锂电池激光焊接对平台精度、加速度、速度等性能的要求。日前有某激光焊接设备厂商客户的设备运动平台采用的是丝杆模组,但在其加速度为1g、速度提到100mm/s时其设备的焊接质量将无法保证,现需求双轴联动直线电机平台以替代丝杆平台模组并明确要求提供包括圆弧转角在内的跟随误差测试报告,但该客户对直线电机运动平台并不了解,故向我公司寻求解决方案。经过与客户的数次技术交流,在完全理解掌握客户设备的特性信息后设计了初版双轴联动直线电机运动平台模组,但是其要求的运动平台的运动轨迹的圆弧转角要求较小,且其速度及精度要求较高,经过我司对双轴联动直线电机平台的结构优化,定制化编写算法控制上下两轴的耦合,经过详细的系统测试,最终满足客户的需求,升级优化了客户的激光焊接设备,使其设备的焊接速度、精度以及稳定性在同行业处于领先地位。客户要求如下:[b]直线电机需求表 [/b]客户名称:[u] 某激光焊接设备集成 [/u]运用行业:[u] 锂电池激光焊接 [/u]联系人电话:[u] [/u]电子邮箱:[u] [/u]运动轴运动方式 :□水平 √ □垂直速度规划曲线:□1/3-1/3-1/3梯形波 √ □1/2-1/2三角形波总的运动行程:[u] 上轴270mm、下轴300mm [/u]mm总的运行时间:[u] 1.8s [/u]s最大运行速度:[u] 0.5 [/u]m/s最大运行加速度:[u] 3g [/u]m/s2负载重量:[u] 30 [/u]kg精度定位精度:[u] ±5 [/u]μm重复定位精度:[u] ±1 [/u]μm分辨率:[u] 0.1 [/u]μm放大器和电源最大电流:[u] 6.3 [/u]A电压:[u] 220 [/u]VAC □50 Hz √ □60Hz使用环境环境温度:[u] 室温 [/u]℃最大允许温升:[u] 130 [/u]℃是否在无尘环境中: □是 √ □否是否允许水冷或空气冷却:□是 □否 √是否是真空环境: □是 √ □否硬件总体设计及验证系统配置: 双轴联动直线电机运动平台主要由:直线电机、检测反馈、驱动控制,防护装置四部分组成。该运动平台选用无铁芯直线电机,运动平滑无齿槽力;检测反馈由光栅或磁栅、霍尔、温控组成;此平台模组选用的是高创驱动器,防护装置由风琴防护罩、高性能拖链、光电传感器、优力胶硬限位组成,充分保护运动平台的安全可靠性。模型效果如图2所示: [img=十字滑台,554,415]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311009_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图1:双轴联动模组模型[/align]双轴联动直线电机主要性能参数如图3所示: [img=,327,290]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/08/201708311010_01_3294819_3.jpg[/img][align=center]图2:双轴联动模组性能参数[/align]验证测试根据客户设备的运动特点及轨迹,为保证客户设备在运行过程中的稳定性及可靠性,我们多次做了过需求验证并出具了相关的验证报告,运动平台的各项参数均符合客户需求,并做了相当于设备连续运行1.5年的耐疲劳测试,各项参数均无异常。经过多次技术交流、结构优化、测试验证,灵猴双轴联动直线电机运动平台仅在两周的时间就达到了客户的要求,满足了交付条件并实时在客户现场调试安装,直到客户设备完全出货,我们还积极跟踪我司产品在客户设备终端的运行状况以及各项数据,实时为客户设备提供可靠性报告。该客户“非标私人订制”的双轴联动直线电机运动平台模组上下两轴均采用自主研发的BUM系列无铁芯直线电机,该系列直线电机具有高推力、低运动质量、无齿槽效应、无磁吸力等特点,特别是在走曲线圆弧轨迹时,可实现高速度小圆弧转角下的低速度波动。在使用了双轴联动直线电机运动平台后,使其焊接速度提高50%,提高了其圆弧转角处的焊接质量,升级优化了客户整体设备的性能,提高客户设备销量的同时也增加了直线电机模组的销量,真正实现了双赢价值。直线电机平台模组除上述应用外,还有在医疗行业应用的超薄十字蛇形运动平台模组,其整体尺寸大小仅有圆珠笔大小;在3C行业中的视觉检测以及点胶平台上的快速移动的四轴联动直线电机模组;在机床以及快速搬运行业的LPS系列单轴平台模组;可以完全直接替换丝杆的SP标准系列单轴平台模组等等。随着制造行业越来越苛刻的要求,现代先进制造装备向着高速度、高精度、快响应、大行程的趋势发展。这必然要求一个反应灵敏、高速、轻便的驱动系统,由于传统的进给方式—“旋转电机+ 滚珠丝杠”需要联轴器、丝杠等中间传递环节,造成整体系统刚性不够、弹性变形严重,又因为该“间接传动”中丝杠精度很难提高、存在反向间隙等缺点,使得传统的进给系统无法达到上述要求。相对而言,直线电机具有结构简单、安装方便、无接触、无磨损等优点,并在精度、重复定位精度、刚度、工作寿命等其他性能指标上都优于旋转电机。其主要推广与高速、高精等旋转电机无法满足要求的场合。现代直线电机技术日益成熟,其势必取代传统的“旋转电机+ 丝杠”的传动模式。