锂离子电芯用电极对温度与SOC的敏感性.pdf_大学文库

工程科学学报，第40卷，第6期：729-734,2018年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.6:729-734,June 2018 D0I:10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.011:htp:/journals..usth.edu.cn 锂离子电芯用电极对温度与S0C的敏感性安富强，周伟男，李平四北京科技大学新材料技术研究院，北京100083 ☒通倍作者，E-mail:liping(@usth.cdu.cn 摘要采用阻抗谱技术，对2.8Ah18650电芯进行拆解解析，单独分析正负极电极在不同温度下(25、10和-5℃)，不同荷电状态下的阻抗变化.结果表明：在不同温度下，在20%~100%荷电状态下，负极作为控制电极，其反应电化学阻抗是正极的数倍，尤其是在-5℃，达到了4倍，负极是电芯一致性问题中动力学因素的控制主因：在0~20%荷电状态下，在10和25℃ 下，正极的反应电化学阻抗要远远大于负极，正极成为控制端.结合目前电动车上动力电池的实用荷电状态一般在20%~ 95%,针对该2.8Ah18650电芯，提高负极电极的一致性是核心所在.同理，对其他类型电芯而言，在电芯设计过程中，在综合考虑成本的前提下，需要更有针对性地提高正负极的一致性标准，从而更为有效地改善整个电芯产品的一致性. 关键词18650电芯：荷电状态(S0C):一致性：电极：阻抗谱分类号U469.7 Sensitivity of electrodes in a lithium ion cell to temperature and SOC AN Fu-qiang,ZHOU Wei-nan,LI Ping Institute for Advanced Materials and Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:liping@ustb.edu.cn ABSTRACT In the design and development of electric vehicles (EVs),the variation in lithium ion cells (LICs)is one of the most important safety issues as it can cause a decrease in the life of the battery systems and shorten the mileage range.This problem is rooted in the design accuracy and rationality of the process values for the battery electrodes,and defining the effects of temperature and state of charge (SOC)on the electrodes is a critical step toward improving the variation in LICs.In this paper,the electrochemical imped- ance spectroscopy (EIS)method was adopted to study the 2.8A.h 18650 cell.Firstly,the cells was dissembled and then attached the positive/negative electrodes separately to coin cells with an Li plate as the count electrode.Secondly,the impedance changes at differ- ent temperatures (25,10 and-5C)and the SOCs for these coin cells were studied using EIS.The results show that for 20%-100% state of charge at different temperatures,the negative electrode is the control electrode;electrochemical impedance is several times that of the positive electrode,especially,at-5C,it reaches 4 times.Therefore,the negative electrode is the control factor in the kinetic variation process.For 020%SOC at 25 and 10C,the electrochemical impedance of the positive electrode is larger than that of the negative electrode and it becomes the control electrode.Regarding EVs:1)the normal SOC usage range is 20%95%;and 2)the working temperature range is above OC to satisfy cell variations in the pack and benefit the life of the cells.Combined with the above results,it can be concluded that improving the variation in the negative electrodes is most useful to the variation in the 2.8A.h 18650 cell.Above all,in the design process for LICs,the variation of electrodes should be improved as a target for improving costs and yields. KEY WORDS 18650 cell:state of charge (SOC):variation:electrode:electrochemical impedance spectroscopy 收稿日期：2017-10-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51172024)

工程科学学报，第 40 卷，第 6 期: 729--734，2018 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 40，No． 6: 729--734，June 2018 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2018． 06． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn 锂离子电芯用电极对温度与 SOC 的敏感性安富强，周伟男，李平 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083 通信作者，E-mail: liping@ ustb． edu． cn 摘要采用阻抗谱技术，对 2. 8 A·h 18650 电芯进行拆解解析，单独分析正负极电极在不同温度下( 25、10 和－ 5 ℃ ) ，不同荷电状态下的阻抗变化．结果表明: 在不同温度下，在 20% ～ 100% 荷电状态下，负极作为控制电极，其反应电化学阻抗是正极的数倍，尤其是在－ 5 ℃，达到了 4 倍，负极是电芯一致性问题中动力学因素的控制主因; 在 0 ～ 20% 荷电状态下，在 10 和 25 ℃ 下，正极的反应电化学阻抗要远远大于负极，正极成为控制端．结合目前电动车上动力电池的实用荷电状态一般在 20% ～ 95% ，针对该 2. 8 A·h 18650 电芯，提高负极电极的一致性是核心所在．同理，对其他类型电芯而言，在电芯设计过程中，在综合考虑成本的前提下，需要更有针对性地提高正负极的一致性标准，从而更为有效地改善整个电芯产品的一致性．关键词 18650 电芯; 荷电状态( SOC) ; 一致性; 电极; 阻抗谱分类号 U469. 7 收稿日期: 2017--10--31 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51172024) Sensitivity of electrodes in a lithium ion cell to temperature and SOC AN Fu-qiang，ZHOU Wei-nan，LI Ping Institute for Advanced Materials and Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: liping@ ustb． edu． cn ABSTＲACT In the design and development of electric vehicles ( EVs) ，the variation in lithium ion cells ( LICs) is one of the most important safety issues as it can cause a decrease in the life of the battery systems and shorten the mileage range． This problem is rooted in the design accuracy and rationality of the process values for the battery electrodes，and defining the effects of temperature and state of charge ( SOC) on the electrodes is a critical step toward improving the variation in LICs． In this paper，the electrochemical impedance spectroscopy ( EIS) method was adopted to study the 2. 8 A·h 18650 cell． Firstly，the cells was dissembled and then attached the positive / negative electrodes separately to coin cells with an Li plate as the count electrode． Secondly，the impedance changes at different temperatures ( 25，10 and － 5 ℃ ) and the SOCs for these coin cells were studied using EIS． The results show that for 20% --100% state of charge at different temperatures，the negative electrode is the control electrode; electrochemical impedance is several times that of the positive electrode，especially，at － 5 ℃，it reaches 4 times． Therefore，the negative electrode is the control factor in the kinetic variation process． For 0--20% SOC at 25 and 10 ℃，the electrochemical impedance of the positive electrode is larger than that of the negative electrode and it becomes the control electrode．Ｒegarding EVs: 1) the normal SOC usage range is 20% --95% ; and 2) the working temperature range is above 0 ℃ to satisfy cell variations in the pack and benefit the life of the cells． Combined with the above results，it can be concluded that improving the variation in the negative electrodes is most useful to the variation in the 2. 8 A·h 18650 cell． Above all，in the design process for LICs，the variation of electrodes should be improved as a target for improving costs and yields． KEY WOＲDS 18650 cell; state of charge ( SOC) ; variation; electrode; electrochemical impedance spectroscopy

·730 工程科学学报，第40卷，第6期锂离子电池作为新能源汽车现阶段最优的驱动进一步地优化提高电芯一致性提供精准的依据. 动力源，己成为目前各种新能源车的主要选择.但 1实验部分新能源汽车与燃油车相比，依然在性价比、续航里程上与消费者的期待存在不小的差异，而锂离子电池采用2.8Ah18650电芯为研究对象：该电芯正是这种差异的根源所在.锂离子电池的安全性、寿极采用LiNio.gCoa1sA山a.sO2(NCA)材料，负极采用石命、能量密度和一致性成为影响电动车性价比的主墨材料，隔膜采用聚丙烯(PP)基陶瓷涂覆材料，电要因素，因此改善电池的这几个关键参数成为电池解液采用1molL-1LiP℉。的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸从业者的核心所在甲基乙基酯(EMC)/碳酸二甲酯(DMC)混合液，电芯在电池材料体系固定的前提下，在这4大关键的标称电压为3.65V,能量密度为215Whkg 指标中，电池的一致性对其他3个问题有直接的影 2.8Ah电芯的容量测试在Maccor(5V/5A)上响，单体电芯的一致性不好会诱发整个电池系统的采用0.84A电流充放电，充电采用CC(constant 安全隐患，减小其寿命和降低系统的能量密度.因 current)-CV(constant voltage)模式，CV阶段的截止此一致性问题是根本所在，源头所在5.在产业化电流为84mA. 过程中，电池的一致性是评判一个电池企业产品质在电芯拆解前，将其用0.84A电流放电至2.5 量的关键指标，也是现阶段国内企业与国际一流电 V,然后在手套箱中进行正负极拆解，拆解后的正极池公司的最主要差距所在用碳酸二甲酯溶剂清洗.然后在手套箱中分别组装分析清楚同一批次内部或不同批次之间电芯的成2032型正负极单电极扣式电池，对电极为锂片致性差异的根源成为学术界和产业界关注的热 (L片)：正负极全电池扣式电池，对电极为石墨点.Jannesari等o从原材料角度研究出材料的粒负极径分布、比表面积、电解液的离子电导率都将影响到正，负极扣式电池的容量和SOC-OCV(open 电极界面固体电解质膜(solid electrolyte interface,. circuit voltage)测试在25℃恒温箱（宏展，80L)中进 SI)形成的均匀一致性，从而对整体电池的一致性带来极大影响：Santhanagopala与White分析了电行，放电电流采用0.112A;采用0.56A电流进行充放电(Land,5V20mA),测试正负极材料的克容量极的不同设计参数对电池性能的敏感性，并对电池发挥.正极扣电的充放电电压区间为：2.5~4.3V: 一致性的影响给出了分析.结果表明：在电池压实负极扣电为：0.005~1.5V. 等确定的情况下，隔膜的厚度和孔隙率对电池的性电化学阻抗谱的测试采用Ametek公司的电化能敏感性不是很明显；Kenney等研究了电极在学工作站(5V/5A),对正负极扣式电池进行不同荷生产过程中主要参数（活性物质含量、厚度、孔隙率电状态下的EIS测试：每10%S0C测试一次，采用等)对一致性的影响，及对单体电池及电池模块容 5mV电压激励，0.01~10Hz频率范围.测试温度量的影响，得出电极的厚度和孔隙率的一致性对电分别为25、10和-5℃ 池容量最大化方面最为重要.在我们的前期研究3中将电池一致性问题归结为热力学和动力 2结果与讨论学两因素的叠合结果，并得出在不同的温度和电流下影响电池一致性的主因不同：在低温和大电流下， 2.1电池容量及荷电状态标定图1为18650电芯在不同温度下在0.84A下主要是由动力学因素决定：在常温和小电流下，主要由热力学因素决定. 的放电曲线，容量为2.8Ah.图2为扣式全电池与锂离子电芯作为一个由正极、负极组成的有机半电池的充电曲线对比：CL表示由正极组成的半整体，区分开两者在不同情况下（电池类型、环境温电池；A-Li表示由负极组成的半电池；全电池的计度等)下的对电芯一致性的贡献量显的尤为重要，算表示由正负极半电池充电曲线计算得到的全电池辨识清楚不仅可以针对性地改进电池的一致性问的充电曲线题，同时能有效地节省产业化改进成本可以看出根据正负极单电极扣式电池计算得到本文主要通过阻抗谱(electrochemical imped- 的全电池充电曲线与实测基本接近，这验证了扣式 ance spectroscopy,EIS)技术，对正负极进行极间区电池装配和测试的可靠性，这种可靠性是后面测试分，研究出在不同温度下，不同荷电状态（state of 分析准确性的基础. charge,SOC)下，正负极的阻抗变化差异，从而为更图3为正、负极扣式电池的荷电状态一开路电

工程科学学报，第 40 卷，第 6 期锂离子电池作为新能源汽车现阶段最优的驱动动力源，已成为目前各种新能源车的主要选择．但新能源汽车与燃油车相比，依然在性价比、续航里程上与消费者的期待存在不小的差异，而锂离子电池是这种差异的根源所在．锂离子电池的安全性、寿命、能量密度和一致性成为影响电动车性价比的主要因素，因此改善电池的这几个关键参数成为电池从业者的核心所在［1--4］．在电池材料体系固定的前提下，在这 4 大关键指标中，电池的一致性对其他 3 个问题有直接的影响，单体电芯的一致性不好会诱发整个电池系统的安全隐患，减小其寿命和降低系统的能量密度．因此一致性问题是根本所在，源头所在［5--9］．在产业化过程中，电池的一致性是评判一个电池企业产品质量的关键指标，也是现阶段国内企业与国际一流电池公司的最主要差距所在．分析清楚同一批次内部或不同批次之间电芯的一致性差异的根源成为学术界和产业界关注的热点． Jannesari 等［10］从原材料角度研究出材料的粒径分布、比表面积、电解液的离子电导率都将影响到电极界面固体电解质膜( solid electrolyte interface， SEI) 形成的均匀一致性，从而对整体电池的一致性带来极大影响; Santhanagopala 与 White［11］分析了电极的不同设计参数对电池性能的敏感性，并对电池一致性的影响给出了分析．结果表明: 在电池压实等确定的情况下，隔膜的厚度和孔隙率对电池的性能敏感性不是很明显; Kenney 等［12］研究了电极在生产过程中主要参数( 活性物质含量、厚度、孔隙率等) 对一致性的影响，及对单体电池及电池模块容量的影响，得出电极的厚度和孔隙率的一致性对电池容量最大化方面最为重要．在我们的前期研究［13--14］中将电池一致性问题归结为热力学和动力学两因素的叠合结果，并得出在不同的温度和电流下影响电池一致性的主因不同: 在低温和大电流下，主要是由动力学因素决定; 在常温和小电流下，主要由热力学因素决定．锂离子电芯作为一个由正极、负极组成的有机整体，区分开两者在不同情况下( 电池类型、环境温度等) 下的对电芯一致性的贡献量显的尤为重要，辨识清楚不仅可以针对性地改进电池的一致性问题，同时能有效地节省产业化改进成本．本文主要通过阻抗谱 ( electrochemical impedance spectroscopy，EIS) 技术，对正负极进行极间区分，研究出在不同温度下，不同荷电状态( state of charge，SOC) 下，正负极的阻抗变化差异，从而为更进一步地优化提高电芯一致性提供精准的依据． 1 实验部分采用 2. 8 A·h 18650 电芯为研究对象: 该电芯正极采用 LiNi0. 8Co0. 15Al0. 05O2 ( NCA) 材料，负极采用石墨材料，隔膜采用聚丙烯( PP) 基陶瓷涂覆材料，电解液采用 1 mol·L － 1 LiPF6的碳酸乙烯酯( EC) /碳酸甲基乙基酯( EMC) /碳酸二甲酯( DMC) 混合液，电芯的标称电压为 3. 65 V，能量密度为 215 W·h·kg － 1 ． 2. 8 A·h 电芯的容量测试在 Maccor( 5 V /5 A) 上采用 0. 84 A 电流充放电，充电采用 CC ( constant current) --CV( constant voltage) 模式，CV 阶段的截止电流为 84 mA．在电芯拆解前，将其用 0. 84 A 电流放电至 2. 5 V，然后在手套箱中进行正负极拆解，拆解后的正极用碳酸二甲酯溶剂清洗．然后在手套箱中分别组装成 2032 型正负极单电极扣式电池，对电极为锂片 ( Li 片) ; 正负极全电池扣式电池，对电极为石墨负极．正、负极扣式电池的容量和 SOC--OCV ( open circuit voltage) 测试在 25 ℃恒温箱( 宏展，80 L) 中进行，放电电流采用 0. 112 A; 采用 0. 56 A 电流进行充放电( Land，5 V 20 mA) ，测试正负极材料的克容量发挥．正极扣电的充放电电压区间为: 2. 5 ～ 4. 3 V; 负极扣电为: 0. 005 ～ 1. 5 V．电化学阻抗谱的测试采用 Ametek 公司的电化学工作站( 5 V /5 A) ，对正负极扣式电池进行不同荷电状态下的 EIS 测试: 每 10% SOC 测试一次，采用 5 mV 电压激励，0. 01 ～ 105 Hz 频率范围．测试温度分别为 25、10 和－ 5 ℃ ． 2 结果与讨论 2. 1 电池容量及荷电状态标定图 1 为 18650 电芯在不同温度下在 0. 84 A 下的放电曲线，容量为 2. 8 A·h．图 2 为扣式全电池与半电池的充电曲线对比: C--Li 表示由正极组成的半电池; A--Li 表示由负极组成的半电池; 全电池的计算表示由正负极半电池充电曲线计算得到的全电池的充电曲线．可以看出根据正负极单电极扣式电池计算得到的全电池充电曲线与实测基本接近，这验证了扣式电池装配和测试的可靠性，这种可靠性是后面测试分析准确性的基础．图 3 为正、负极扣式电池的荷电状态--开路电 · 037 ·

安富强等：锂离子电芯用电极对温度与S0C的敏感性 ·731· 45 25℃ -10℃ g 4.0 -5℃ 3.0 2.5 全电池计算一全电池测试 -C-Li 3.0 0.5 -A-Li 2.5 5001000150020002500 2 3 容量mA·h) 容量mA·h) 图12.8Ah18650电芯不同温度下放电曲线图图2全电池与半电池充电曲线对比 Fig.1 Discharge curves of 2.8 A.h 18650 cell at different tempera- Fig.2 Comparison of charge curves between full-cell and half-cell tures 100%)和低S0C(0%~10%)下的值要远高于中间压及充放电曲线.根据图3(a)和(c)调SOC,测试 S0C下的值. 不同$OC,不同温度下的阻抗.从图中可以得出正极图5为负极正极扣式电池在不同温度、S0C下 LiNios Coa sA山s02(NCA)的克容量为185mAhg'; 的阻抗图，其变化规律同正极电极. 负极石墨的克容量为340mAh~g1. 根据前期的研究)，锂离子电芯在不同温度及 2.2不同温度与荷电状态下的阻抗 SOC下的阻抗谱可以采用图6的拟合电路进行拟合图4为正极扣式电池在不同温度、SOC下的阻分析.其中，等效电路中各组件的物理含义是：R代抗图，从中可以看出：(1)电极的阻抗随着温度的降表欧姆阻抗，主要包括集流体与活性物质层，以及活低成倍数增加，尤其是在低温下，-5℃下的总阻抗性物质层内部的接触阻抗：R代表膜阻抗，主要包值是常温的4倍；(2)在单一温度下，电极的阻抗呈括负极和电解液界面膜阻抗，正极和电解液界面膜现出“两头大，中间小”的趋势：即在高S0C(90%~ 阻抗：R代表电化学反应阻抗，包括锂离子在正负 4.5 4.2a 充电 3.9 4.0 故电 3.6 35 3.3 3.0 3.0 2.5 0 0.20.40.60.81.0 0 40 80120160200 荷电状态克容量(mA·h·g 15 16 1.2 0.9 出 0.6 0.4 0.3 充电放电 0 02 0.40.6 0.8 1.0 50 100150200250300350 荷电状态克容量(mAhg 图3正、负极半电池荷电状态-开路电压及充放电曲线.()正极荷电状态一开路电压：(b)正极充放电曲线：()负极荷电状态-开路电压：(d)负极充放电曲线 Fig.3 SOC-OCV and charge-discharge curves of half-cell positive and negative electrodes:(a)SOC-OCV curve of positive electrode:(b)charge- discharge curve of positive electrode;(c)SOC-OCV curve of negative electrode:(d)charge-discharge curve of negative electrode

安富强等: 锂离子电芯用电极对温度与 SOC 的敏感性图 1 2. 8 A·h 18650 电芯不同温度下放电曲线图 Fig． 1 Discharge curves of 2. 8 A·h 18650 cell at different temperatures 压及充放电曲线．根据图 3( a) 和( c) 调 SOC，测试不同 SOC，不同温度下的阻抗．从图中可以得出正极 LiNi0. 8Co0. 15Al0. 05O2 ( NCA) 的克容量为 185 mA·h·g － 1 ; 负极石墨的克容量为 340 mA·h·g － 1 ．图 3 正、负极半电池荷电状态--开路电压及充放电曲线 . ( a) 正极荷电状态--开路电压; ( b) 正极充放电曲线; ( c) 负极荷电状态--开路电压; ( d) 负极充放电曲线 Fig． 3 SOC--OCV and charge-discharge curves of half-cell positive and negative electrodes: ( a) SOC--OCV curve of positive electrode; ( b) chargedischarge curve of positive electrode; ( c) SOC--OCV curve of negative electrode; ( d) charge--discharge curve of negative electrode 2. 2 不同温度与荷电状态下的阻抗图 4 为正极扣式电池在不同温度、SOC 下的阻抗图，从中可以看出: ( 1) 电极的阻抗随着温度的降低成倍数增加，尤其是在低温下，－ 5 ℃ 下的总阻抗值是常温的 4 倍; ( 2) 在单一温度下，电极的阻抗呈现出“两头大，中间小”的趋势: 即在高 SOC( 90% ～图 2 全电池与半电池充电曲线对比 Fig． 2 Comparison of charge curves between full-cell and half-cell 100% ) 和低 SOC( 0% ～ 10% ) 下的值要远高于中间 SOC 下的值．图 5 为负极正极扣式电池在不同温度、SOC 下的阻抗图，其变化规律同正极电极．根据前期的研究［13］，锂离子电芯在不同温度及 SOC 下的阻抗谱可以采用图 6 的拟合电路进行拟合分析．其中，等效电路中各组件的物理含义是: Ｒs 代表欧姆阻抗，主要包括集流体与活性物质层，以及活性物质层内部的接触阻抗; Ｒf 代表膜阻抗，主要包括负极和电解液界面膜阻抗，正极和电解液界面膜阻抗; Ｒct代表电化学反应阻抗，包括锂离子在正负 · 137 ·

·734 工程科学学报，第40卷，第6期和SOC下的阻抗谱分析，得出在不同温度下，负极 performance.J Power Sources,2014,247:332 的R.起主要作用.在20%~100%S0C下，在低温 Li P,An F Q,Zhang J B,et al.Temperature sensitivity of lithi- (-5℃)下，负极的R,是正极的4倍.在0%~ um-ion battery:a review.J Autom Safety Energy,2014,5(3): 224 20%S0C下，在10和25℃下，正极的R,要远远大 (李平，安宫强，张剑波，等。电动汽车用锂离子电池的温度于负极.对该特定的电芯体系，负极是控制极，尤其敏感性研究综述.汽车安全与节能学报，2014,5(3)：224) 是在动力学过程中，控制好负极的一致性或优化电 8] An F Q,Zhao J Y,Chen L F,et al.Consistency study on 18650 极设计，对改善整个电池的一致性至关重要：同时改 cells used in electric vehicles.Chin J Eng,2017,39(1):107 (安宫强，赵建源，陈璐凡，等.纯电动车用18650电池的一善正极在低SOC下的阻抗，对提高常温下电芯的一致性研究.工程科学学报，2017,39(1)：107) 致性也是必要的 9] An F Q,Huang J,Wang C Y,et al.Cell sorting for parallel lithi- um-ion battery systems:evaluation based on an electric circuit 参考文献 model.J Energy Storage,2016,6:195 [Goodenough J B,Park K S.The Li-ion rechargeable battery:a [10]Jannesari H,Emami M D,Ziegler C.Effect of electrolyte trans- perspective.J Am Chem Soc,2013,135(4):1167 port properties and variations in the morphological parameters on Scrosati B.Carche J.Lithium batteries:status,prospects and fu- the variation of side reaction rate across the anode electrode and ture.J Power Sources,2010,195(9)2419 the aging of lithium ion batteries.J Poicer Sources,2011,196 B]Wu H.Cui Y.Designing nanostructured Si anodes for high energy (22):9654 lithium ion batteries.Nano Today,2012,7(5):414 [11]Santhanagopalan S,White R E.Quantifying cell-o-cell varia- 4]Dai YL.Srinivasan V.On graded electrode porosity as a design tions in lithium ion batteries.Int Electrochem,2012,2012: tool for improving the energy density of batteries.J Electrochem 3958381 S0c,2016,163(3):A406 [12]Kenney B,Darcovich K.MacNeil DD,et al.Modelling the im- 5]An FQ.Zhang J B.Huang J.et al.Production of lithium-ion pact of variations in electrode manufacturing on lithium-ion batter- battery and uniformity evolution analysis.Trans Mater Heat Treat, y modules.J Power Sources,2012,213:391 2015,36(4):239 [13]An F Q,Chen L F,Huang J,et al.Rate dependence of cell-to- (安富强，张剑波，黄俊，等.电动汽车用锂离子电池制备及 cell variations of lithium-ion cells.Sci Rep,2016,6:35051 其一致性演变分析.材料热处理学报，2015,36(4)：239) 14]Zhang J B,Huang J,Chen L F,et al.Lithium-ion battery dis- 6]Baumhofer T,Brihl M,Rothgang S,et al.Production caused charge behaviors at low temperatures and cell-o-cell uniformity. variation in capacity aging trend and correlation to initial cell JAutom Safety Energy,2014,5(4):391

工程科学学报，第 40 卷，第 6 期和 SOC 下的阻抗谱分析，得出在不同温度下，负极的Ｒct起主要作用．在 20% ～ 100% SOC 下，在低温 ( － 5 ℃ ) 下，负极的Ｒct 是正极的 4 倍．在 0% ～ 20% SOC 下，在 10 和 25 ℃ 下，正极的Ｒct要远远大于负极．对该特定的电芯体系，负极是控制极，尤其是在动力学过程中，控制好负极的一致性或优化电极设计，对改善整个电池的一致性至关重要; 同时改善正极在低 SOC 下的阻抗，对提高常温下电芯的一致性也是必要的．参考文献［1］ Goodenough J B，Park K S． The Li-ion rechargeable battery: a perspective． J Am Chem Soc，2013，135( 4) : 1167 ［2］ Scrosati B，Garche J． Lithium batteries: status，prospects and future． J Power Sources，2010，195( 9) : 2419 ［3］ Wu H，Cui Y． Designing nanostructured Si anodes for high energy lithium ion batteries． Nano Today，2012，7( 5) : 414 ［4］ Dai Y L，Srinivasan V． On graded electrode porosity as a design tool for improving the energy density of batteries． J Electrochem Soc，2016，163( 3) : A406 ［5］ An F Q，Zhang J B，Huang J，et al． Production of lithium-ion battery and uniformity evolution analysis． Trans Mater Heat Treat， 2015，36( 4) : 239 ( 安富强，张剑波，黄俊，等．电动汽车用锂离子电池制备及其一致性演变分析．材料热处理学报，2015，36( 4) : 239) ［6］ Baumhfer T，Brühl M，Ｒothgang S，et al． Production caused variation in capacity aging trend and correlation to initial cell performance． J Power Sources，2014，247: 332 ［7］ Li P，An F Q，Zhang J B，et al． Temperature sensitivity of lithium-ion battery: a review． J Autom Safety Energy，2014，5( 3) : 224 ( 李平，安富强，张剑波，等．电动汽车用锂离子电池的温度敏感性研究综述．汽车安全与节能学报，2014，5( 3) : 224) ［8］ An F Q，Zhao J Y，Chen L F，et al． Consistency study on 18650 cells used in electric vehicles． Chin J Eng，2017，39( 1) : 107 ( 安富强，赵建源，陈璐凡，等．纯电动车用 18650 电池的一致性研究．工程科学学报，2017，39( 1) : 107) ［9］ An F Q，Huang J，Wang C Y，et al． Cell sorting for parallel lithium-ion battery systems: evaluation based on an electric circuit model． J Energy Storage，2016，6: 195 ［10］ Jannesari H，Emami M D，Ziegler C． Effect of electrolyte transport properties and variations in the morphological parameters on the variation of side reaction rate across the anode electrode and the aging of lithium ion batteries． J Power Sources，2011，196 ( 22) : 9654 ［11］ Santhanagopalan S，White Ｒ E． Quantifying cell-to-cell variations in lithium ion batteries． Int J Electrochem，2012，2012: 395838-1 ［12］ Kenney B，Darcovich K，MacNeil D D，et al． Modelling the impact of variations in electrode manufacturing on lithium-ion battery modules． J Power Sources，2012，213: 391 ［13］ An F Q，Chen L F，Huang J，et al．Ｒate dependence of cell-tocell variations of lithium-ion cells． Sci Ｒep，2016，6: 35051 ［14］ Zhang J B，Huang J，Chen L F，et al． Lithium-ion battery discharge behaviors at low temperatures and cell-to-cell uniformity． J Autom Safety Energy，2014，5( 4) : 391 · 437 ·