鋰離子電池靜態(tài)電壓的形成原理

我們在動力電池開發(fā)過程中，經(jīng)常會提到OCV（Open circuit voltage)，一般叫開路電壓或靜態(tài)電壓。通過近期閱讀的一點兒資料，和大家分享靜態(tài)電壓的一些內(nèi)容。

1.靜態(tài)電壓形成原理

OCV是電池化學計量窗內(nèi)電池正負電極電勢的綜合體現(xiàn)。

鋰離子電池工作的動力源自鋰在正負電極材料中的化學勢之差。當電池處于平衡狀態(tài)時，為了平衡正負極之間的化學勢之差，在正負極之間會產(chǎn)生一個與其化學勢大小相等、方向相反的電池電勢，這就是電池 OCV 的形成原因。

不同SOC情況下正負極活性材料的量不同，進而體現(xiàn)出不同的OCV值。

2.靜態(tài)電壓的遲滯

OCV值在電池以一定充放電倍率充電或放電至指定SOC，再靜置一段時間后測量得到。充放電倍率不定，1C或者1/3C，或者更小，這樣極化影響小，靜置時間可縮短；靜置時間根據(jù)研究8-20h以上為宜，實際操作中通常靜置1h。

下圖是一種獲得OCV曲線的方式：

放電OCV曲線獲取步驟

充電OCV曲線獲取步驟

通過測試會發(fā)現(xiàn)充電和放電兩種方式獲得的OCV曲線并不完全重合，比如同樣是獲得80%SOC對應(yīng)的OCV值，從75%充電到80%的值要高于從85%放電到80%的值。

這就是電壓的遲滯。當充電結(jié)束，電池電壓慢慢下降，接近OCV值，但會在OCV值之上；當放電結(jié)束，電池電壓慢慢上升，接近OCV值，但會在OCV值之下。

電池OCV的遲滯特性曲線

電壓的遲滯主要是因為電池是多粒子系統(tǒng)，存在相互影響，相互制約。比如一個人干活想怎么干怎么干，一群人干活就不得不考慮其他人的影響。

電壓的遲滯不止存在全充全放過程，局部充放電同樣存在，局部會形成首尾相連的OCV遲滯特性曲線。

OCV局部遲滯現(xiàn)象

從圖里看，如果是先局部放電，然后充電，獲得的OCV曲線會趨近充電OCV曲線。反之亦然。

如下是一種OCV曲線局部遲滯試驗步驟。現(xiàn)在也有電池廠在測某個SOC的OCV值時采用類似的方法，先放電超過目標值一點點，然后小電流回充，再擱置足夠長的時間。

OCV曲線局部遲滯試驗步驟

另外有研究發(fā)現(xiàn)，溫度高遲滯現(xiàn)象很小，充放電電流大遲滯也很小。

3.老化對靜態(tài)電壓的影響

隨著電池的老化，電池OCV并沒有明顯的變化。

老化對OCV曲線的影響