詳解鋰電池工作過程及內阻構成

來源：寶鄂實業(yè) 2019-05-21 10:15 點擊量：次

1 鋰電池工作過程

如上圖所示，鋰離子電池充放電過程的物理模型。藍色箭頭表示充電，紅色箭頭表示放電。藍綠相間的晶格結構為正極材料，黑色層狀為負極材料。目前主流的鋰離子電池，一般按照正極材料類型命名，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極材料的類型；負極為石墨材質；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過程。

外部負載接通后，在電池本體以外形成電流通路。由于正負極之間存在電勢差，負極附近的電子首先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，嵌入正極材料，正極附近的鋰離子濃度降低。正負極之間的鋰離子濃度差形成。這樣，就完成了電池放電過程的第一推動。

隨著鋰離子在離子濃度差的推動下離開負極，負極附近出現(xiàn)空缺，負極材料內的鋰離子，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。同時，原本與鋰離子以結合形態(tài)存在的電子，則通過外部電路去往正極。電池開始了按照負載的需求進行的放電過程。

充電是放電的逆過程，同樣的脫嵌，移動，嵌入幾個階段，只是推動過程發(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 鋰電池內阻構成

了解了鋰電池的工作過程，那么過程中的阻礙因素，便形成了鋰電池的內阻。

電池的內阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下，歐姆電阻基本穩(wěn)定不變，而極化電阻會隨著影響極化水平的因素變動。

歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結構、連接方式等有關。

極化電阻，加載電流的瞬間才產(chǎn)生的電阻，是電池內部各種阻礙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應的速度無法達到電子的移動速度造成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負極材料并在材料中移動的速度小于鋰離子向電極集結的速度造成的。

3 鋰電池內阻影響因素

從上面的過程可以推演出電池內阻的影響因素。

3.1 外加因素

溫度，環(huán)境溫度是各種電阻的重要影響因素，具體到鋰電池，是由于溫度影響電化學材料的活性，直接決定電化學反應的速度和離子運動的速度。

電流或者說負載的需求，一方面電流的大小與極化內阻有直接關聯(lián)。大體趨勢是電流越大，極化內阻越大。另一方面，電流的熱效應，對電化學材質的活性產(chǎn)生影響。