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)進程

鋰電池為什么有內(nèi)阻？

鋰離子電池充放電進程的物理模型。藍色箭頭表明充電，紅色箭頭表明放電。藍綠相間的晶格結構為正極資料，黑色層狀為負極資料。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；負極為石墨材質(zhì)；正極集流體鋁箔，負極集流體為銅箔。

下面以放電為例，描述一下鋰電池放電時的物理進程。

外部負載接通后，在電池本體以外構成電流通路。因為正負極之間存在電勢差，負極附近的電子首要通集流體和外部導線向正極移動；負極周圍的鋰離子濃度升高。從負極經(jīng)過外部電路到達正極的電子，與正極附近的鋰離子結合，嵌入正極資料，正極附近的鋰離子濃度下降。正負極之間的鋰離子濃度差構成。這樣，就完成了電池放電進程的第一推進。

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

充電是放電的逆進程，相同的脫嵌，移動，嵌入幾個階段，只是推進進程發(fā)展的動力來自于充電機，而離子的運動方向是自正極向負極運動。這里不再贅述。

2、鋰電池內(nèi)阻構成

了解了鋰電池的作業(yè)進程，那么進程中的阻止要素，便構成了鋰電池的內(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、結構、銜接辦法等有關。

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目的地的趨勢總和。極化電阻可以分為電化學極化和濃差極化兩部分。電化學極化是電解液中電化學反響的速度無法到達電子的移動速度形成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負極資料并在資料中移動的速度小于鋰離子向電極集結的速度形成的。

3、鋰電池內(nèi)阻影響要素

從上面的進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，詳細到鋰電池，是因為溫度影響電化學資料的活性，直接決定電化學反響的速度和離子運動的速度。

電流或者說負載的需求，一方面電流的巨細與極化內(nèi)阻有直接相關。大體趨勢是電流越大，極化內(nèi)阻越大。另一方面，電流的熱效應，對電化學材質(zhì)的活性產(chǎn)生影響。

3.2電池自身要素

正極資料，負極資料，鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度，決定了資料內(nèi)阻的巨細，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速率，受電解液導電率的影響，是電化學極化電阻的主要構成部分。

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

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、壓實密度怎么，這些電芯加工進程中工藝水平的凹凸，也會對極化內(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

運用電流源，給電池施加一個短時脈沖，丈量其端電壓與開路電壓的差。用這個差值除以測試電流即認為是電池的直流內(nèi)阻。

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

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

關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

給電池加載一個幅值較小的溝通輸入作為鼓勵，監(jiān)測其端電壓的呼應情況。運用特定程序對數(shù)據(jù)進行分析，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，與采用的鼓勵信號巨細無關。

鋰電池為什么有內(nèi)阻？

因為電池電容特性的存在，鼓勵信號的頻率不同，其丈量得到的阻值也不同。軟件分析的成果可以用一組復數(shù)表明，橫軸為實部，縱軸為虛部。這樣，就構成了一個圖譜，所謂溝通阻抗譜，如上圖所示。

經(jīng)過進一步的數(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散電阻值，從而繪制出電池等效模型，進行電池性能的進一步研究。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)阻在工程實踐中的應用

內(nèi)阻，作為鋰電池的關鍵特性之一，對它的研究成果，可以在工程制造等多個范疇得到應用。

內(nèi)阻與電池荷電量有緊密聯(lián)系，因而被應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)目標遍及應用；

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

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