鋰電池為什么有內(nèi)阻？

鋰電池的內(nèi)阻，靜態(tài)內(nèi)阻和作業(yè)內(nèi)阻常常不同，在不同環(huán)境下，溫度不同內(nèi)阻也有變化。是哪些要素影響了鋰電池的內(nèi)阻？

1、鋰電池作業(yè)進(jìn)程

鋰電池為什么有內(nèi)阻？

鋰離子電池充放電進(jìn)程的物理模型。藍(lán)色箭頭表明充電，紅色箭頭表明放電。藍(lán)綠相間的晶格結(jié)構(gòu)為正極資料，黑色層狀為負(fù)極資料。目前主流的鋰離子電池，一般依照正極資料類型命名，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極資料的類型；負(fù)極為石墨材質(zhì)；正極集流體鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。

下面以放電為例，描述一下鋰電池放電時(shí)的物理進(jìn)程。

外部負(fù)載接通后，在電池本體以外構(gòu)成電流通路。因?yàn)檎?fù)極之間存在電勢(shì)差，負(fù)極附近的電子首要通集流體和外部導(dǎo)線向正極移動(dòng)；負(fù)極周圍的鋰離子濃度升高。從負(fù)極經(jīng)過外部電路到達(dá)正極的電子，與正極附近的鋰離子結(jié)合，嵌入正極資料，正極附近的鋰離子濃度下降。正負(fù)極之間的鋰離子濃度差構(gòu)成。這樣，就完成了電池放電進(jìn)程的第一推進(jìn)。

隨著鋰離子在離子濃度差的推進(jìn)下脫離負(fù)極，負(fù)極附近出現(xiàn)空缺，負(fù)極資料內(nèi)的鋰離子，從負(fù)極脫嵌，進(jìn)入電解液中；大量鋰離子從電解液中穿越隔膜，自負(fù)極向正極移動(dòng)。一起，原本與鋰離子以結(jié)合形狀存在的電子，則經(jīng)過外部電路去往正極。電池開始了依照負(fù)載的需求進(jìn)行的放電進(jìn)程。

充電是放電的逆進(jìn)程，相同的脫嵌，移動(dòng)，嵌入幾個(gè)階段，只是推進(jìn)進(jìn)程發(fā)展的動(dòng)力來自于充電機(jī)，而離子的運(yùn)動(dòng)方向是自正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)。這里不再贅述。

2、鋰電池內(nèi)阻構(gòu)成

了解了鋰電池的作業(yè)進(jìn)程，那么進(jìn)程中的阻止要素，便構(gòu)成了鋰電池的內(nèi)阻。

電池的內(nèi)阻包含歐姆電阻和極化電阻。在溫度安穩(wěn)的條件下，歐姆電阻根本安穩(wěn)不變，而極化電阻會(huì)隨著影響極化水平的要素變化。

歐姆電阻主要由電極資料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的銜接等各部分零件的觸摸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、銜接辦法等有關(guān)。

極化電阻，加載電流的瞬間才產(chǎn)生的電阻，是電池內(nèi)部各種阻止帶電離子抵達(dá)目的地的趨勢(shì)總和。極化電阻可以分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反響的速度無法到達(dá)電子的移動(dòng)速度形成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極資料并在資料中移動(dòng)的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度形成的。

3、鋰電池內(nèi)阻影響要素

從上面的進(jìn)程可以推演出電池內(nèi)阻的影響要素。

3.1外加要素

溫度，環(huán)境溫度是各種電阻的重要影響要素，詳細(xì)到鋰電池，是因?yàn)闇囟扔绊戨娀瘜W(xué)資料的活性，直接決定電化學(xué)反響的速度和離子運(yùn)動(dòng)的速度。

電流或者說負(fù)載的需求，一方面電流的巨細(xì)與極化內(nèi)阻有直接相關(guān)。大體趨勢(shì)是電流越大，極化內(nèi)阻越大。另一方面，電流的熱效應(yīng)，對(duì)電化學(xué)材質(zhì)的活性產(chǎn)生影響。

3.2電池自身要素

正極資料，負(fù)極資料，鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度，決定了資料內(nèi)阻的巨細(xì)，是濃差極化電阻的一部分。

電解液，鋰離子在電解液中的移動(dòng)速率，受電解液導(dǎo)電率的影響，是電化學(xué)極化電阻的主要構(gòu)成部分。

隔膜，隔膜自身電阻，直接構(gòu)成歐姆內(nèi)阻的一部分，一起其對(duì)鋰離子移動(dòng)速率的阻止，又構(gòu)成了一部分電化學(xué)極化電阻。

集流體電阻，部件銜接電阻，是電池歐姆內(nèi)阻的主要組成部分。

工藝水平，極片制造工藝、涂料是否均勻、壓實(shí)密度怎么，這些電芯加工進(jìn)程中工藝水平的凹凸，也會(huì)對(duì)極化內(nèi)阻形成直接影響。

4、鋰電池內(nèi)阻丈量

鋰電池內(nèi)阻丈量辦法，一般分為直流丈量辦法和溝通丈量辦法兩種。

4.1直流內(nèi)阻丈量辦法

運(yùn)用電流源，給電池施加一個(gè)短時(shí)脈沖，丈量其端電壓與開路電壓的差。用這個(gè)差值除以測(cè)試電流即認(rèn)為是電池的直流內(nèi)阻。

鋰電池極化內(nèi)阻會(huì)受到加載電流巨細(xì)的影響，為了盡量避開這個(gè)要素，直流丈量?jī)?nèi)阻辦法的通電時(shí)間比較短，而且加載電流比較大。

理論上，丈量電流越小，越不會(huì)引起極化反響，削減極化電阻的干擾。但因?yàn)殡姵貎?nèi)阻自身很小，都是毫歐量級(jí)，電流過小，電壓檢測(cè)儀器受限于丈量精度，無法掃除丈量誤差對(duì)成果的干擾。因而，人們權(quán)衡儀器精度和極化內(nèi)阻的影響，找到一個(gè)平衡二者聯(lián)系的丈量電流值。

關(guān)于一般電池單體來說，丈量電流一般在5C-10C左右，很大。隨著電芯容量的增大，或者多個(gè)電芯并聯(lián)，其內(nèi)阻是減小的，因而，如果沒有儀器精度的提高，丈量電流是很難降下來的。

4.2溝通內(nèi)阻丈量辦法

給電池加載一個(gè)幅值較小的溝通輸入作為鼓勵(lì)，監(jiān)測(cè)其端電壓的呼應(yīng)情況。運(yùn)用特定程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出電池的溝通內(nèi)阻。分析得到的阻值，只與電池自身特性有關(guān)，與采用的鼓勵(lì)信號(hào)巨細(xì)無關(guān)。

鋰電池為什么有內(nèi)阻？

因?yàn)殡姵仉娙萏匦缘拇嬖?，鼓?lì)信號(hào)的頻率不同，其丈量得到的阻值也不同。軟件分析的成果可以用一組復(fù)數(shù)表明，橫軸為實(shí)部，縱軸為虛部。這樣，就構(gòu)成了一個(gè)圖譜，所謂溝通阻抗譜，如上圖所示。

經(jīng)過進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，人們可以從溝通阻抗譜中得到這只電池的歐姆電阻，SEI膜的擴(kuò)散電阻，SEI膜的電容值，電荷在電解液中傳遞的等效電容值以及電荷在電解液中擴(kuò)散電阻值，從而繪制出電池等效模型，進(jìn)行電池性能的進(jìn)一步研究。一種等效電池模型，如下圖所示。

鋰電池為什么有內(nèi)阻？

5、內(nèi)阻在工程實(shí)踐中的應(yīng)用

內(nèi)阻，作為鋰電池的關(guān)鍵特性之一，對(duì)它的研究成果，可以在工程制造等多個(gè)范疇得到應(yīng)用。

內(nèi)阻與電池荷電量有緊密聯(lián)系，因而被應(yīng)用于電池辦理體系中的SOC估量；

內(nèi)阻直接體現(xiàn)電池老化程度，有人把電芯內(nèi)阻作為電池健康狀況SOH的評(píng)估根據(jù)；

單體內(nèi)阻一致性直接影響成組后的模組容量和壽命，因而被作為電芯分選配組的靜態(tài)目標(biāo)遍及應(yīng)用；

內(nèi)阻又是電池故障的重要指征，在動(dòng)力電池包的故障診斷體系中，被研究運(yùn)用；

內(nèi)阻配合容量損失等目標(biāo)，還可以判別電池是否存在析鋰現(xiàn)象，被應(yīng)用在梯次使用退役電池范疇。