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动态压差大而静态正常?锂电池包的“瞬态失效”谜题

来源:新能源网
时间:2025-08-04 19:04:02
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动态压差大而静态正常?锂电池包的“瞬态失效”谜题大家好!我是不言,这是我的第179篇原创文章。 今天来聊一聊锂离子电池包常见的失效模式动态压差大而静态压差正常。动态压差大而静态压差正常,本质是极化效应与缺陷动态响应的叠加。本文解析欧姆/浓差

大家好!我是不言,这是我的第179篇原创文章。 今天来聊一聊锂离子电池包常见的失效模式动态压差大而静态压差正常。

动态压差大而静态压差正常,本质是极化效应与缺陷动态响应的叠加。本文解析欧姆/浓差极化放大、微短路激活(ΔU<0)及测量机制差异三大成因。

1.动态电压差与静态电压差的定义

静态电压差指电池在静置状态(无电流)下的电压差异,通常通过开路电压(OCV)测量。

例如电池充电后搁置20分钟,测量电压U2,反映电池内部无电流时的电压稳定性。静态搁置电压(U)用于检测电池自放电或内部微短路(如隔膜穿孔),表现为电压偏低且离散。

静态电压差反映的是电池内部缓慢的副反应(如自放电),与时间相关,测量时需长时间静置(如24小时)。产线上常规的K值测试就是测量的静态电压差。

正常电池静态电压一致性高(如A组电压集中),而缺陷电池(如B、C、D组)电压离散或偏低。

不同实验组别电池静态搁置电压U2分布

动态电压差指电池在充放电过程中(有电流通过)的实时电压波动,通常通过ΔU(当前电压与前次电压的差值)表征。例如

指电池在充放电过程中,实时监测相邻时间点的电压变化值

如果ΔU<0,则表明电压下降,说明电芯存在内部微短路或异物刺穿隔膜。

动态电压差受电流、温度、荷电状态(SOC)等因素影响,响应时间短(毫秒级)。

2. 为什么会有动态电压差大而静态电压差正常的现象?

这种现象通常由电池的极化效应和内部缺陷的动态响应特性导致。

2.1 根本原因缺陷在动态工况下被激活

静态时缺陷隐匿 电池搁置时无电流,内部微短路点(如金属异物、粉尘颗粒)未形成有效电流通路,电压表现正常。

动态时缺陷暴露 充电时电流通过电池,导致下面2个异常

(1)极片膨胀挤压缺陷点充电时负极膨胀(厚度增加10%~20%),挤压隔膜,使内部异物(如金属屑)刺穿隔膜形成微短路。

(2)ΔU<0现象微短路点消耗电流,导致电压瞬时下降(ΔU<0),动态电压差增大。

电池充电过程中的ΔU分布

2.2 具体失效机理2.2.1极化效应在动态过程中的放大

欧姆极化大电流充放电时,电池内阻(如电极材料、电解液电阻)会导致电压瞬时下降(IR降)。动态电压差会显著增大,但静置后内阻效应消失,电压恢复(静态电压差正常)。

电化学极化与浓差极化动态过程中,锂离子在电极/电解液界面的迁移延迟(电化学极化)或浓度梯度(浓差极化)会导致电压波动。静态时离子扩散平衡,极化消失。

2.2.2内部缺陷的动态敏感性

微短路或异物缺陷某些缺陷(如金属颗粒、隔膜微孔)在动态电流下会引发瞬时微短路,导致ΔU异常(如ΔU < 0),但静置时因无电流通过,缺陷不活跃,静态电压正常。

材料特性变化低温或高倍率条件下,负极析锂、SEI膜增厚等问题在动态过程中加剧,导致电压波动,但静置后电压恢复。

隔膜损伤的时变性异物(如金属颗粒)在充电初期可能未完全刺穿隔膜,静态时隔膜自修复,动态时电流加剧损伤。

2.2.3测量机制差异

动态测量反映实时工况下的瞬态响应(如充放电脉冲),对电池内阻、极化敏感。

静态测量反映热力学平衡状态,仅与SOC相关,不受瞬时内阻影响。

3. 总结

动态电压差大、静态正常的根本原因是动态过程放大了电池的瞬态缺陷(如极化、微短路),而静态测量反映的是平衡状态,缺陷未被激活或缓慢作用。

工程意义动态电压差是早期故障(如析锂、微短路)的敏感指标,而静态电压差更适用于检测长期自放电问题。两者结合可全面评估电池健康状态。

以上内容均为本人日常工作,交流,阅读文献所得,由于本人能力有限,文中阐述观点难免会有疏漏,欢迎业内同仁积极交流,共同进步!

参考资料

1.低温环境下锂离子电池的失效机制研究,李珂

2.锂离子电池电化学-热耦合建模研究,马思民

3.动力锂离子电池制备工艺一致性影响研究,罗雨

4.内部缺陷锂离子电池的筛选方法,郑留群

原文标题:动态压差大而静态正常?锂电池包的“瞬态失效”谜题