锂离子电池电化学阻抗谱可靠性评价方法①

口 尧

(同济大学中德学院，上海 201804)

0 引 言

阻抗作为锂离子电池的基本参数之一，其本身含有丰富的电池信息，能充分反映电池内部反应过程，不仅是探讨材料储锂动力学和界面反应的重要手段[1]，更能广泛应用于电池荷电状态(State of Charge, SOC)、老化状态 (State of Health, SOH)和温度估计等方面[2-6]，具有极高的应用研究价值。

利用等效电路模型将阻抗谱解析为各阻抗成分是阻抗应用的重要手段之一。当电池处于非稳态下时，即其不满足稳定性、线性性、时不变性等特性时，获得的电池阻抗谱可靠性降低，由其解析得到的阻抗成分无法与电池状态形成对应关系，从而影响电池状态估计。因此，设计一种阻抗谱可靠性评价方法十分重要。

1 基本K-K电路

当电池处于满足稳定性、线性性、时不变性等特性的准稳态下时，可将电池看做受小信号扰动的线性系统，此时测量得到的阻抗实部与虚部应满足如式(1)所示的Kramers-Kroing(K-K)变换关系[7]。

(1)

式(1)中，x和w是角频率，Z′(w)和Z″(w)分别代表阻抗Z(w)的实部与虚部。式(1)所表征的实部与虚部关系针对在连续频率上测量的阻抗数据，而实际应用中通常以十倍频间隔获得不同频率下的阻抗数据，此时可利用一系列的RC并联电路拟合阻抗谱来评价阻抗谱可靠性，其等效于通过K-K变换关系判断阻抗数据的可靠性。记该电路为基本K-K电路，结构如图1所示，其由一个欧姆内阻以及多阶的并联RC环节组成。

图1 基本K-K电路

可以求得图1整个电路的阻抗表达如式(2)所示。

(2)

式(2)中，R0为欧姆内阻值，Rk和Tk分别为各并联RC环节的电阻值和时间常数，N为校验电路并联环节个数，其与阻抗测量的频率点数相等。……