“對單體電池而言，電壓、容量、內(nèi)阻是核心，提高電池電極放電活性和降低電池內(nèi)阻是單體電池提高效能永恒的話題。”鄭州輕工業(yè)學院教授王力臻在2017中國新能源汽車測試評價技術發(fā)展高峰論壇上表示。

鄭州輕工業(yè)學院教授王力臻

動力電池構造方案的幾點要求

王力臻表示，動力電池組構造主要有圓柱、軟包、方形。其中，圓柱型電池容量一般為幾安時，軟包電池容量從10到幾十安時，硬殼方形電池容量一般為幾十到幾百安時。他表示，無論哪種電池，正極材料一般為鐵鋰、三元或者混合型材料。

他表示，無論是卷繞還是疊片，各有其優(yōu)劣，不能輕易斷定哪種方案更好，但都有共同要求。第一，要求正負極片間電場均勻；第二，要求防止內(nèi)部短路；第三，活性層與集流體之間具有良好結合。他認為，短期來看，國家產(chǎn)業(yè)政策導向起到關鍵作用，長期來看，市場的調(diào)節(jié)作用將會越來越明顯。

王力臻表示，所有用電器具對電池、電池組都有具體要求。第一，要求輸出功率，以滿足用電器具正常工作的功率；第二，輸出能量，主要保證足夠的用電時間；第三，安全性，以保證生命與財產(chǎn)安全；第四，電池壽命，既要強調(diào)放電過程也要考慮充電過程，也要從熱的角度加以管理。

電壓、容量、電阻是電池的核心

王力臻表示，對單體電池而言，電壓、容量、內(nèi)阻是核心，提高電池電極活性和降低電池內(nèi)阻是單體電池提高效能永恒的話題。

關于電壓的多種說法：

第一，開路電壓。開路電壓是狀態(tài)量，開路電壓的概念源自原電池。王力臻表示，在電池成組時要明確荷電狀態(tài)，他認為，如果兩個電池的荷電狀態(tài)不一致，會一定程度上影響電池放電的一致性。

同時還要明確開路電壓是電池的特征參數(shù)。王力臻表示，開路電壓是電池性能的必要條件，過低的開路電壓說明電池存在一定的問題。

第二，工作電壓。工作電壓與輸出功率和輸出能量有關。

第三，終止電壓。充電終止電壓與放電終止電壓，對電池組的循環(huán)一致性有很大關系。

關于容量問題，王力臻表示，理論容量是法拉第定律的計算值，實際容量指在規(guī)定放電條件下釋放的能量。他表示，在一定條件下電池要保持電能不損失的能力，但電池充放電過程中容量往往會下降，企業(yè)要關注為什么會下降。

王力臻介紹，電池的電阻影響著電池的發(fā)熱。他表示，電池的內(nèi)阻對于單電池而言，正極與負極沿著導電方向是一系列電阻之和。

導電顆粒外部實現(xiàn)均勻分布著導電網(wǎng)絡，這對于活性層是非常重要的。他表示，內(nèi)阻的值與荷電狀態(tài)有關，內(nèi)阻符合歐姆定律，會因電池或者電極結構因素的變化而變化。

王力臻表示，無論電池多少，都會發(fā)熱，如果熱能積累，會對電池不利，對溫度場產(chǎn)生影響。他表示，不同放電條件下，溫度場分布不同，隨著放電時間的延長，產(chǎn)熱越多，因此溫度就會積累。

一般而言，相同倍率下，環(huán)境溫度越低，電池溫差越大，要加以均衡進行散熱。

王力臻表示，電池組內(nèi)溫度不均勻，電池組內(nèi)單體電池放電深度不一致，單體電池衰減速度不同，電池組的循環(huán)壽命越短。所以，應考慮如何使電池組中的電池實現(xiàn)均勻散熱。

溫度場的存在不僅會使電流分布不均勻，更主要的是會加劇反應的不均勻。他表示，同一電池同一極片上，不同位置反應的不均衡性的增加又會反過來影響溫度分布的不均衡，從而形成惡性循環(huán)。

所以，如果電池組合不當，或者組合沒有達到相關聯(lián)的要求時，電池衰減會加劇。王力臻強調(diào)，不均勻的溫度分布會導致并聯(lián)支路間電流不均，從而導致單電池容量衰減速率的不一致性。

如何提高電池的一致性

王力臻表示，根據(jù)法拉第定律，電流通過電極發(fā)生電化學反應的物質(zhì)的量與通過電極的量成正比。王力臻強調(diào)，在電池生產(chǎn)工藝中，容量分容要體現(xiàn)法拉第定律，否則容易出問題。

關于極群，王力臻表示，并聯(lián)的目的是實現(xiàn)單體電池容量的提高，所以正極群和負極群分布是關鍵，在電池的實際設計中也必須考慮。

王力臻表示，每一個反應質(zhì)點是一致的，極帶上的溫度才會均勻。他認為，無論是卷繞還是疊片，極間距、電解液的分布等因素，統(tǒng)統(tǒng)會影響單體電池的性能，而單體電池的性能最終會影響到組合的性能。所以，電池組的一致性，必須要考慮單體電池的一致性。

他表示，實際上電池的性能衰減速度也是一致性最重要的內(nèi)容，因為電池衰減的速度，性能不一致有可能引發(fā)諸多安全問題。

王力臻表示，串聯(lián)的目的在于提高電池組的電壓。降低內(nèi)阻，提高活性是提高輸出電流的重要方式，而充放電終止電壓的選擇對串聯(lián)影響比較大。

王力臻表示，并聯(lián)電路要達到的目標是每一支路均分電流的一致性。某種連接方式理論上沒有差別，導線是零電阻，但實際存在巨大差別，任何導線都有電阻，甚至連接點處有接觸電阻，所以兩個電路實現(xiàn)等級均分電流的要求是不一樣的。王力臻并不認可并聯(lián)電路具有容量自均衡能力的說法。

王力臻表示，并聯(lián)電路要實現(xiàn)每一支路的性能穩(wěn)定，所以每一支路均分電流是核心。他表示，電阻與電壓一致，以保證均分總電流；電壓與容量一致，以實現(xiàn)均衡充放電。因為溫度影響內(nèi)阻及電極極化性能，在一定條件下并聯(lián)比串聯(lián)精度要求更高。

王力臻表示，工藝工裝穩(wěn)定是單體電池一致性基礎，單體電池一致是串聯(lián)或者并聯(lián)一致性基礎，并聯(lián)和串聯(lián)是構成復聯(lián)的基礎，這是環(huán)環(huán)相扣的，應系統(tǒng)考慮。

原標題:王力臻：鋰離子動力電池系統(tǒng)組合過程中的若干思考