動力鋰電池內阻有哪些作用？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-22 19:57
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1.1 鋰離子動力電池內阻重要性
電池的內阻是蓄電池最重要的特性參數之一，它是表征電池壽命及電池運行狀態(tài)的重要參數，是衡量電子和離子在電極內傳輸難易程度的主要標志。內阻還反映了電池的健康狀態(tài)。電池出廠時的內阻很小，但經過長期充放電后，由于電池內部電解液的損耗，以及電池內部化學物質活性的降低，會使內阻逐漸增加，電解質會在多次充放電中逐步變性，內阻增加，直到內阻大到電池內部的電量無法正常釋放出來，此時電池老化，相對的電池容量也會下降。
1.2 鋰電池內阻分析
鋰電池內阻不是定值，它跟鋰電池的工作狀態(tài)有關，包括歐姆內阻和極化內阻這兩部分。
1）歐姆內阻
歐姆內阻是鋰電池的固有電阻，也就是直流內阻，在一定的SOC 狀態(tài)下可認為是固定的，它主要由電極材料、電解液、隔膜的電阻及其他各部分材料的內阻組成。圖顯示了鋰電池在某個SOC狀態(tài)下放電的過程。當鋰電池開始放電時，歐姆內阻會在鋰電池兩端產生一個瞬間電壓降ΔU1，這個壓降持續(xù)的時間很短( 2 ms 以內) ，因此鋰電池動態(tài)內阻的測試要有較短的響應時間。短時間之后鋰電池的極化作用發(fā)生功效，鋰電池兩端的電壓降主要由極化內阻引起，在充電過程中，歐姆內阻也會在鋰電池兩端引起一個瞬時電壓上升的變化，之后就是極化內阻起作用。
2）極化內阻
鋰電池在放電之后很短時間內的電壓降變化由歐姆內阻引起，之后的電壓降主要由極化作用引起。因為鋰電池內部在進行化學反應，極化作用和電池SOC 狀態(tài)變化都會引起電池輸出電壓的下降，但是這種變化是緩慢的，不同于歐姆內阻引起的電池兩端電壓瞬時下降。此時的內阻是鋰電池化學反應中離子濃度引起的，即稱為“極化內阻”。該內阻值隨著反應的進行是變化的，其大小與檢測的時間和電流的強度有關。
在放電過程中10 ～ 20 s 時間內電壓的連續(xù)緩慢下降，以及在充電過程中20 s 之后電壓的連續(xù)緩慢上升都是由極化內阻引起的。
1.3 內阻影響因素
鋰電池交直流內阻與溫度呈現明顯的逆向關系，即溫度下降內阻上升，并且呈現出典型的非線性特征。在實際應用過程中應盡量避免鋰電池在低溫環(huán)境中進行充放電，尤其低溫充電對電池性能影響非常大。
鋰電池不同SOC 狀態(tài)下直流內阻呈現出放電深度越大，其直流內阻也越大的趨勢; 圖顯示了鋰電池在不同SOC 狀態(tài)下交流內阻非常接近，可以認為鋰電池交流內阻沒有隨SOC 的變化而變化。在不同SOC 狀態(tài)下鋰電池的交流內阻基本無變化，故在應用過程中只需考察不同SOC 狀態(tài)下直流內阻值即可。
1 溫度
溫度對內阻大小的影響是顯而易見的，溫度越低，電池內部的離子傳輸就越慢，電池的內阻就越大。電池阻抗可以分為體相阻抗、SEI 膜阻抗和電荷轉移阻抗，體相阻抗和 SEI 膜阻抗主要受電解液離子電導率影響，在低溫下的變化趨勢與電解液電導率變化趨勢一致。相較體相阻抗和SEI膜阻在低溫下的增幅，電荷反應阻抗隨溫度降低增加更加顯著，在-20℃以下，電荷反應阻抗占電池總內阻的比例幾乎達到 100 %。
2 SOC
當電池處于不同的SOC時，其內阻大小也不相同，尤其是直流內阻直接影響著電池的功率性能，進而反映電池在實際狀態(tài)下的電池性能：鋰電池直流內阻隨電池放電深度DOD的增加而增加，在10%~80%的放電區(qū)間時內阻大小基本不變，一般在較深的放電深度時內阻增加顯著。
3 存儲
隨著鋰離子電池存儲時間的增加，電池不斷老化，其內阻不斷增大。不同類型的鋰電池內阻變化程度不同。在經歷9-10月長時間的存儲后，LFP電池的內阻增加率比NCA和NCM電池的內阻增加率高。內阻的增加率與存儲時間、存儲溫度和存儲SOC相關，Stroe 等通過對 LFP/C 電池24~36個月的存儲研究量化了它們之間的關系(如下)：
4 循環(huán)
不管是存儲還是循環(huán)，溫度對電池內阻的影響都是一致的，循環(huán)溫度越高，內阻增加率越大。而不同的循環(huán)區(qū)間對電池的內阻影響也不相同，電池內阻隨著充放電深度的提高而加速增長，內阻的增幅與充放電深度的加強成正比。
除了循環(huán)中充放電深度的影響，充電截至電壓也有影響：太低或太高的充電電壓上限會使得電極的界面阻抗加大，Zheng等認為LFP/C電池在循環(huán)中的最優(yōu)上限充電電壓為3.9~4.3V，實驗發(fā)現太低的上限電壓下不能夠很好地形成鈍化膜，而太高的電壓上限會導致電解液在 LiFePO4電極表面氧化分解形成電導率低的產物。
5 其它
車載鋰電池在實際應用中不可避免的會經歷較差的路況，但研究發(fā)現鋰電池在應用過程中振動環(huán)境對鋰電池內阻幾乎沒有影響。
