內阻,作為鋰電池的關鍵特性之一,通常,鋰電池內阻分為歐姆內阻和極化內阻。歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指電化學反應時由極化引起的電阻,包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。電池的歐姆內阻由電池的總電導率決定,電池的極化內阻由鋰離子在電極活性材料中的固相擴散系數決定。
內阻是影響鋰電池功率性能和放電效率的重要因素,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。
內阻是衡量鋰電池功率性能和評估鋰電池壽命的重要參數,一直以來也備受關注。鋰電池初始的內阻大小主要由電池的結構設計、原材料性能和制程工藝決定。
測試鋰電池內阻的意義
1、工廠中出廠檢驗的項目之一;
2、組裝鋰電池組時,需挑選內阻相近的電池單元組成一組;
3、因鋰電池的容量Ah越大,內阻就越小,因此可以根據內阻大小粗略判斷電池容量;
4、鋰電池老化和失效后突出的表現為內阻增大,因此測試電池內阻就可以快速判斷出電池的老化程度;
鋰電池內阻測量方法
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,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。
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,監測其端電壓的響應情況。使用特定程序對數據進行分析,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表示,橫軸為實部,縱軸為虛部。
通過進一步的數據分析,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。