鋰電池為什么有內阻？鋰電池內阻有哪些作用？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-03 19:10
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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。
3.2 電池自身因素
正極材料，負極材料，鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度，決定了材料內阻的大小，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，直接構成歐姆內阻的一部分，同時其對鋰離子移動速率的阻礙，又形成了一部分電化學極化電阻。
集流體電阻，部件連接電阻，是電池歐姆內阻的主要組成部分。
工藝水平，極片制作工藝、涂料是否均勻、壓實密度如何，這些電芯加工過程中工藝水平的高低，也會對極化內阻造成直接影響。
4 鋰電池內阻測量
鋰電池內阻測量方法，一般分為直流測量方法和交流測量方法兩種。
4.1 直流內阻測量方法
使用電流源，給電池施加一個短時脈沖，測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阻。
鋰電池極化內阻會受到加載電流大小的影響，為了盡量避開這個因素，直流測量內阻方法的通電時間比較短，并且加載電流比較大。
理論上，測量電流越小，越不會引起極化反應，減少極化電阻的干擾。但由于電池內阻本身很小，都是毫歐量級，電流過小，電壓檢測儀器受限于測量精度，無法排除測量誤差對結果的干擾。因此，人們權衡儀器精度和極化內阻的影響，找到一個平衡二者關系的測量電流值。
對于普通電池單體來說，測量電流一般在5C-10C左右，很大。隨著電芯容量的增大，或者多個電芯并聯(lián)，其內阻是減小的，因此，如果沒有儀器精度的提高，測量電流是很難降下來的。
4.2 交流內阻測量方法
給電池加載一個幅值較小的交流輸入作為激勵，監(jiān)測其端電壓的響應情況。使用特定程序對數(shù)據(jù)進行分析，得出電池的交流內阻。分析得到的阻值，只與電池本身特性有關，與采用的激勵信號大小無關。
由于電池電容特性的存在，激勵信號的頻率不同，其測量得到的阻值也不同。軟件分析的結果可以用一組復數(shù)表示，橫軸為實部，縱軸為虛部。這樣，就形成了一個圖譜，所謂交流阻抗譜，
通過進一步的數(shù)據(jù)分析，人們可以從交流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，進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。
5 內阻在工程實踐中的應用
內阻，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領域得到應用。
內阻與電池荷電量有緊密關系，因此被應用于電池管理系統(tǒng)中的SOC估計；
內阻直接體現(xiàn)電池老化程度，有人把電芯內阻作為電池健康狀態(tài)SOH的評估依據(jù)；
單體內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)指標普遍應用；
內阻又是電池故障的重要指征，在動力電池包的故障診斷系統(tǒng)中，被研究使用；
內阻配合容量損失等指標，還可以判斷電池是否存在析鋰現(xiàn)象，被應用在梯次利用退役電池領域。
