內(nèi)阻,作為鋰電池的關(guān)鍵特性之一,通常,鋰電池內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)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(nèi)阻是指電化學(xué)反應(yīng)時由極化引起的電阻,包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。電池的歐姆內(nèi)阻由電池的總電導(dǎo)率決定,電池的極化內(nèi)阻由鋰離子在電極活性材料中的固相擴(kuò)散系數(shù)決定。
內(nèi)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(nèi)阻不斷增大。不同類型的鋰電池內(nèi)阻變化程度不同。
內(nèi)阻是衡量鋰電池功率性能和評估鋰電池壽命的重要參數(shù),一直以來也備受關(guān)注。鋰電池初始的內(nèi)阻大小主要由電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計、原材料性能和制程工藝決定。
測試鋰電池內(nèi)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(nèi)阻相近的電池單元組成一組;
3、因鋰電池的容量Ah越大,內(nèi)阻就越小,因此可以根據(jù)內(nèi)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(xiàn)為內(nèi)阻增大,因此測試電池內(nèi)阻就可以快速判斷出電池的老化程度;
鋰電池內(nèi)阻測量方法
1、直流內(nèi)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(rèn)為是電池的直流內(nèi)阻。
鋰電池極化內(nèi)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(nèi)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(yīng),減少極化電阻的干擾。但由于電池內(nèi)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(jié)果的干擾。因此,人們權(quán)衡儀器精度和極化內(nèi)阻的影響,找到一個平衡二者關(guān)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(nèi)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(nèi)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(yīng)情況。使用特定程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出電池的交流內(nèi)阻。分析得到的阻值,只與電池本身特性有關(guān),與采用的激勵信號大小無關(guān)。
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(jié)果可以用一組復(fù)數(shù)表示,橫軸為實部,縱軸為虛部。
通過進(jìn)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(kuò)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(kuò)散電阻值,進(jìn)而繪制出電池等效模型,進(jìn)行電池性能的進(jìn)一步研究。一種等效電池模型,如下圖所示。