锂离子电池静态电压的形成原理

我们在动力电池开发过程中，经常会提到OCV（Open circuit voltage)，一般叫开路电压或静态电压。通过近期阅读的一点儿资料，和大家分享静态电压的一些内容。

1.静态电压形成原理

OCV是电池化学计量窗内电池正负电极电势的综合体现。

锂离子电池工作的动力源自锂在正负电极材料中的化学势之差。当电池处于平衡状态时，为了平衡正负极之间的化学势之差，在正负极之间会产生一个与其化学势大小相等、方向相反的电池电势，这就是电池 OCV 的形成原因。

不同SOC情况下正负极活性材料的量不同，进而体现出不同的OCV值。

2.静态电压的迟滞

OCV值在电池以一定充放电倍率充电或放电至指定SOC，再静置一段时间后测量得到。充放电倍率不定，1C或者1/3C，或者更小，这样极化影响小，静置时间可缩短；静置时间根据研究8-20h以上为宜，实际操作中通常静置1h。

下图是一种获得OCV曲线的方式：

放电OCV曲线获取步骤

充电OCV曲线获取步骤

通过测试会发现充电和放电两种方式获得的OCV曲线并不完全重合，比如同样是获得80%SOC对应的OCV值，从75%充电到80%的值要高于从85%放电到80%的值。

这就是电压的迟滞。当充电结束，电池电压慢慢下降，接近OCV值，但会在OCV值之上；当放电结束，电池电压慢慢上升，接近OCV值，但会在OCV值之下。

电池OCV的迟滞特性曲线

电压的迟滞主要是因为电池是多粒子系统，存在相互影响，相互制约。比如一个人干活想怎么干怎么干，一群人干活就不得不考虑其他人的影响。

电压的迟滞不止存在全充全放过程，局部充放电同样存在，局部会形成首尾相连的OCV迟滞特性曲线。

OCV局部迟滞现象

从图里看，如果是先局部放电，然后充电，获得的OCV曲线会趋近充电OCV曲线。反之亦然。

如下是一种OCV曲线局部迟滞试验步骤。现在也有电池厂在测某个SOC的OCV值时采用类似的方法，先放电超过目标值一点点，然后小电流回充，再搁置足够长的时间。

OCV曲线局部迟滞试验步骤

另外有研究发现，温度高迟滞现象很小，充放电电流大迟滞也很小。

3.老化对静态电压的影响

随着电池的老化，电池OCV并没有明显的变化。

老化对OCV曲线的影响