一次锂/亚硫酰氯电池剩余容量的预测方法

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随着电池应用设备对电池本身的要求越来越高,电池剩余可用工作能力检测愈来愈受到关注。锂/亚硫酰氯电池具有稳定的放电电压,无法从电压的变化预测其剩余容量。为了寻找一次锂/亚硫酰氯电池剩余容量预测方法,本论文从分析Li/SOCl2电池电化学特性入手,指出了影响Li/SOCl2电池剩余容量的各种因素及预测剩余容量的难点,并介绍了国内外在各种电池电量监测方面的研究进展及采用的方法,分析了这些方法的优缺点。在此基础上提出了电池内阻测量法、电池电化学阻抗谱法和电池脉冲能力测试法等监测方法,即监测电池内阻、电池EIS和电池脉冲能力与剩余容量之间的关系,试图寻找预测Li/SOCl2电池剩余容量的特性参数。常温25℃±2℃条件下,通过对大量ER14250容量型Li/SOCl2电池(1.2Ah/3.6V)在330Ω和3.48kΩ恒阻放电过程中1000Hz频率下电池的欧姆内阻(即1000Hz频率下电池阻抗实部)变化测试,结果发现,电池放电容量0.8Ah时,欧姆内阻开始明显的增大,而在放电容量小于0.8Ah之前,欧姆内阻几乎保持不变。所以通过测量电池内阻变化有可能预测约30%(0.4Ah)的剩余容量。常温25℃±2℃条件下,在频率为20kHz~5mHz范围内,通过ER14250容量型Li/SOCl2电池(1.2Ah/3.6V)在330Ω恒阻放电过程中,不同荷电状态时开路状态下电池的交流阻抗谱变化测试,发现随着放电的深入,电池EIS谱中两个圆弧不断增大,并且第二个圆弧逐渐向上漂移。在电池荷电状态40%~0%之间,随着电池剩余容量的减小,EIS中第一个圆弧最高点对应的阻抗虚部ImZ*及其对数log(Z*)、相角θ*(phase angle)均有规律的增加。并且发现交流阻抗谱中1kHz频率下的阻抗实部Z也同样是在电池荷电状态约30%时即剩余容量约为0.4Ah时开始比较明显增加。更进一说明了有可能利用1kHz频率下电池阻抗实部,即1kHz频率下电池的欧姆内阻来预测电池约30%即0.4Ah的剩余容量。分别在低温-20℃、常温25℃±2℃和高温60℃下,对ER14250容量型Li/SOCl2电池(1.2Ah/3.6V)荷电<40%时,微安级电流放电过程中,5mA、10 mA、20mA的大电流脉冲下,电池脉冲电压随电池荷电状态的变化进行了监测,脉冲时间为1s。其结果表明,常温10mA电流下的电池脉冲电压几乎不随电池的荷电状态变化,而在低温-20℃放电时5mA的脉冲电流下,在剩余容量约为0.03Ah(约5%的剩余容量)时,脉冲电压U1s和U5ms均开始了明显的大幅度下降,脉冲前后电压变化△V越来越大;在常温和高温60℃放电时20mA脉冲电流下,在电池剩余容量约为0.26Ah(约21%的剩余容量)时,电池脉冲电压U1s开始了明显的大幅度下降,△V也越来越大。这说明对工作电压非常稳定的Li/SOCl2电池来说,有可能利用电池的脉冲电压来估算其剩余容量。在低温-20℃时,可以通过监测电池5mA脉冲电流下的脉冲电压U1s和U5ms来预测电池约5%的剩余容量0.03Ah,在常温和高温60℃时,可以通过监测20mA脉冲电流下脉冲电压U1s来预测电池约21%的剩余容量0.26Ah。
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