锂電(diàn)池內(nèi)阻是(shì)一(yī)門(mén)學(xué)問(wèn)，講明(míng)白(bái)可(kě)不件(jiàn)容易的(de)事(shì)

锂電(diàn)池內(nèi)阻

目录(lù)

a）极化(huà)與(yǔ)內(nèi)阻

b）锂离子電(diàn)池電(diàn)阻的(de)組成(chéng)

c）電(diàn)池的(de)電(diàn)化(huà)學(xué)阻抗分(fēn)析

d）交流內(nèi)阻與(yǔ)直(zhí)流內(nèi)阻

极化(huà)和(hé)內(nèi)阻

電(diàn)阻（resistance）

電(diàn)阻表示一(yī)个(gè)電(diàn)路(lù)元(yuán)件(jiàn)对(duì)電(diàn)流傳遞的(de)阻礙程度(dù)的(de)大(dà)小。單位(wèi)是(shì)歐姆。

那(nà)麼(me)极化(huà)是(shì)怎麼(me)来(lái)的(de)呢？

電(diàn)池放(fàng)電(diàn)时(shí)所(suǒ)有这(zhè)些(xiē)能(néng)量(liàng)都不能(néng)完全(quán)转化(huà)为(wèi)電(diàn)能(néng)，電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)總(zǒng)是(shì)伴随着能(néng)量(liàng)的(de)损失，这(zhè)些(xiē)能(néng)量(liàng)损失包(bāo)括：1）活化(huà)极化(huà)--它(tā)引起(qǐ)電(diàn)极表面(miàn)的(de)電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng) 2）濃差极化(huà)--它(tā)是(shì)由(yóu)于電(diàn)极表面(miàn)和(hé)體(tǐ)相中(zhōng)反(fǎn)應(yìng)物(wù)和(hé)産物(wù)濃度(dù)的(de)不同(tóng)而(ér)産生(shēng)的(de)，是(shì)物(wù)質(zhì)傳遞的(de)結果(guǒ)。极化(huà)的(de)存在(zài)消耗了部(bù)分(fēn)能(néng)量(liàng)，並(bìng)以(yǐ)热(rè)的(de)形式放(fàng)出(chū)。

极化(huà)（polarization）

電(diàn)池在(zài)充放(fàng)電(diàn)过(guò)程中(zhōng)是(shì)存在(zài)极化(huà)的(de)，通(tòng)常可(kě)将锂离子電(diàn)池极化(huà)分(fēn)为(wèi)歐姆极化(huà)、電(diàn)化(huà)學(xué)极化(huà)和(hé)濃差极化(huà)三(sān)類(lèi)。幾(jǐ)類(lèi)极化(huà)各(gè)自(zì)的(de)響應(yìng)速度(dù)也(yě)不一(yī)樣(yàng)。影響极化(huà)程度(dù)的(de)因(yīn)素很多(duō)，但一(yī)般情(qíng)況下(xià)充放(fàng)電(diàn)電(diàn)流密度(dù)越大(dà)，极化(huà)也(yě)就(jiù)越大(dà)。

以(yǐ)下(xià)分(fēn)類(lèi)解(jiě)釋一(yī)下(xià)：

(1)歐姆极化(huà)
 顧名(míng)思義，有锂离子電(diàn)池的(de)歐姆內(nèi)阻引起(qǐ)的(de)极化(huà)，叫歐姆极化(huà)，也(yě)成(chéng)電(diàn)阻极化(huà)。電(diàn)池的(de)歐姆內(nèi)阻(R)由(yóu)電(diàn)极材料、電(diàn)解(jiě)液、隔膜電(diàn)阻及(jí)各(gè)部(bù)分(fēn)零(líng)件(jiàn)的(de)接觸電(diàn)阻組成(chéng)（有些(xiē)解(jiě)釋還(huán)把(bǎ)膜電(diàn)阻也(yě)算上(shàng)），通(tòng)过(guò)一(yī)定(dìng)的(de)電(diàn)流时(shí)，其(qí)极化(huà)電(diàn)势可(kě)以(yǐ)計(jì)算，E=IR(歐)。
 歐姆极化(huà)是(shì)瞬时(shí)發(fà)生(shēng)的(de)。
 (2)電(diàn)化(huà)學(xué)极化(huà)

指由(yóu)于正(zhèng)、負极上(shàng)電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)速度(dù)小于電(diàn)子運動(dòng)速度(dù)而(ér)造成(chéng)的(de)极化(huà)。電(diàn)化(huà)學(xué)极化(huà)一(yī)般认为(wèi)是(shì)微秒(miǎo)級的(de)

(3)濃差极化(huà)

指由(yóu)于參與(yǔ)反(fǎn)應(yìng)的(de)锂离子在(zài)固相中(zhōng)的(de)擴散(sàn)速度(dù)小于電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)速度(dù)而(ér)造成(chéng)的(de)极化(huà)。濃差极化(huà)一(yī)般认为(wèi)是(shì)秒(miǎo)級的(de)。

锂電(diàn)池內(nèi)阻的(de)組成(chéng)

广義而(ér)言，和(hé)歐姆電(diàn)阻（IR）一(yī)樣(yàng)，活化(huà)极化(huà)和(hé)濃差极化(huà)都可(kě)以(yǐ)理(lǐ)解(jiě)成(chéng)電(diàn)池內(nèi)阻的(de)組成(chéng)因(yīn)素，或(huò)者(zhě)说(shuō)成(chéng)是(shì)活化(huà)阻抗和(hé)濃差阻抗。活化(huà)极化(huà)和(hé)濃差极化(huà)的(de)大(dà)小需要(yào)建立複雜的(de)數學(xué)模型加以(yǐ)計(jì)算。

內(nèi)部(bù)阻抗由(yóu)以(yǐ)下(xià)幾(jǐ)部(bù)分(fēn)組成(chéng)

☆ 离子電(diàn)阻

①隔膜內(nèi)部(bù)的(de)電(diàn)解(jiě)液

影響因(yīn)素

電(diàn)解(jiě)液電(diàn)導率，隔膜面(miàn)積、厚度(dù)、孔隙率、曲(qū)折系(xì)數（Gurley）

②正(zhèng)极內(nèi)部(bù)的(de)電(diàn)解(jiě)液

影響因(yīn)素

電(diàn)解(jiě)液電(diàn)導率，正(zhèng)极厚度(dù)、厚度(dù)、孔隙率、曲(qū)折系(xì)數

③負极內(nèi)部(bù)的(de)電(diàn)解(jiě)液

影響因(yīn)素

電(diàn)解(jiě)液電(diàn)導率，正(zhèng)极厚度(dù)、厚度(dù)、孔隙率、曲(qū)折系(xì)數

☆ 電(diàn)子電(diàn)阻

①两(liǎng)个(gè)電(diàn)极的(de)活性(xìng)物(wù)質(zhì)

影響因(yīn)素

電(diàn)极電(diàn)導率、厚度(dù)、面(miàn)積

②集流體(tǐ)（铜箔和(hé)鋁(lǚ)箔）

影響因(yīn)素

集流體(tǐ)厚度(dù)、宽(kuān)度(dù)、长(cháng)度(dù)，极耳(ěr)數量(liàng)、位(wèi)置

③引線(xiàn)（极耳(ěr)、极柱(zhù)、內(nèi)部(bù)導電(diàn)連(lián)接元(yuán)件(jiàn)）

影響因(yīn)素

外(wài)形尺(chǐ)寸(cùn)、電(diàn)導率

☆ 活性(xìng)物(wù)質(zhì)與(yǔ)集流體(tǐ)的(de)接觸電(diàn)阻

正(zhèng)极物(wù)質(zhì)與(yǔ)鋁(lǚ)箔

負极物(wù)質(zhì)與(yǔ)铜箔

電(diàn)池的(de)電(diàn)化(huà)學(xué)阻抗

把(bǎ)電(diàn)极做一(yī)个(gè)等效電(diàn)路(lù)图(tú)，主(zhǔ)要(yào)有歐姆阻抗Rb，双(shuāng)電(diàn)层(céng)電(diàn)容Cd、電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)阻抗Rct以(yǐ)及(jí)擴散(sàn)電(diàn)阻Rw組成(chéng)。一(yī)般来(lái)講，在(zài)锂离子的(de)嵌入(rù)和(hé)脫出(chū)循环(huán)过(guò)程中(zhōng)，Rb值变化(huà)一(yī)般不大(dà)，而(ér)Cd和(hé)Rct的(de)变化(huà)卻較为(wèi)明(míng)顯。

電(diàn)池阻抗主(zhǔ)要(yào)體(tǐ)現(xiàn)为(wèi)電(diàn)化(huà)學(xué)反(fǎn)應(yìng)阻抗，而(ér)歐姆阻抗相对(duì)較小。由(yóu)下(xià)图(tú)可(kě)知。随着温(wēn)度(dù)的(de)下(xià)降，電(diàn)池阻抗逐渐上(shàng)升(shēng)，且(qiě)下(xià)降至(zhì)0°C以(yǐ)後(hòu)，阻抗速度(dù)增大(dà)，陰极阻抗呈類(lèi)似的(de)趨势，从數值上(shàng)来(lái)看(kàn)，電(diàn)池的(de)阻抗主(zhǔ)要(yào)来(lái)源于陰极阻抗的(de)貢献。

其(qí)實(shí)在(zài)電(diàn)池的(de)整个(gè)循环(huán)过(guò)程中(zhōng)，陰极的(de)阻抗占據(jù)整个(gè)電(diàn)池阻抗的(de)主(zhǔ)要(yào)部(bù)分(fēn)，只(zhī)比整體(tǐ)電(diàn)池的(de)阻抗略小一(yī)些(xiē)，随着充放(fàng)電(diàn)循环(huán)的(de)进行，陰极阻抗增大(dà)，電(diàn)池的(de)阻抗也(yě)随之(zhī)增加。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)電(diàn)极制作(zuò)的(de)过(guò)程中(zhōng)需要(yào)特(tè)别注意陰极電(diàn)阻的(de)測試，极片(piàn)電(diàn)阻率特(tè)别重(zhòng)要(yào)。

交流內(nèi)阻與(yǔ)直(zhí)流內(nèi)阻

用交流法(fǎ)測出(chū)的(de)是(shì)電(diàn)池的(de)阻抗，其(qí)實(shí)在(zài)企業里都往往要(yào)求測試電(diàn)池的(de)直(zhí)流內(nèi)阻（DCR），IEC标(biāo)準也(yě)对(duì)電(diàn)池直(zhí)流阻抗的(de)測試做出(chū)了规定(dìng)。

IEC測試方(fāng)法(fǎ)

電(diàn)池滿充電(diàn)後(hòu)，以(yǐ)0.2C放(fàng)電(diàn)10s，測試電(diàn)压为(wèi)U1，電(diàn)流I1.然後(hòu)以(yǐ)1C放(fàng)電(diàn)1s，此(cǐ)时(shí)電(diàn)压为(wèi)U2,電(diàn)流I2.那(nà)麼(me)電(diàn)流直(zhí)流內(nèi)阻为(wèi)：

那(nà)麼(me)直(zhí)流內(nèi)阻和(hé)交流到(dào)底有多(duō)少(shǎo)差别呢？

如(rú)下(xià)为(wèi)測試數據(jù)，从數據(jù)上(shàng)看(kàn)，電(diàn)池的(de)交流內(nèi)阻和(hé)直(zhí)流內(nèi)阻相關(guān)，基本(běn)符合線(xiàn)性(xìng)關(guān)系(xì)。

根據(jù)電(diàn)池EIS測試結果(guǒ)，電(diàn)池的(de)交流內(nèi)阻與(yǔ)歐姆電(diàn)阻相近(jìn)，但是(shì)直(zhí)流內(nèi)阻卻包(bāo)含了歐姆內(nèi)阻和(hé)活化(huà)阻抗，所(suǒ)以(yǐ)總(zǒng)的(de)来(lái)说(shuō)，直(zhí)流內(nèi)阻的(de)測定(dìng)有很重(zhòng)要(yào)的(de)意義。