鉅大LARGE | 點擊量：7250次 | 2021年06月25日
解析鋰電池極化的概論
極化是怎么來的呢？電池放電時所有這些能量都不能完全轉(zhuǎn)化為電能，電化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量的損失，這些能量損失包括：1）活化極化--它引起電極表面的電化學(xué)反應(yīng)2）濃差極化--它是由于電極表面和體相中反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度的不同而出現(xiàn)的，是物質(zhì)傳遞的結(jié)果。極化的存在消耗了部分能量，并以熱的形式放出。
極化（polarization）
電池在充放電過程中是存在極化的，通常可將鋰離子電池極化分為歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化三類。幾類極化各自的響應(yīng)速度也不相同。影響極化程度的因素很多，但一般情況下充放電電流密度越大，極化也就越大。
以下極化分類解釋一下：
(1)歐姆極化
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
顧名思義，有鋰離子電池的歐姆內(nèi)阻引起的極化，叫歐姆極化，也成電阻極化。電池的歐姆內(nèi)阻(R)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（有些解釋還把膜電阻也算上），通過一定的電流時，其極化電勢可以計算，E=IR(歐)。
歐姆極化是瞬時發(fā)生的。
(2)電化學(xué)極化
指由于正、負(fù)極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運動速度而造成的極化。
電化學(xué)極化一般認(rèn)為是微秒級的
(3)濃差極化
指由于參與反應(yīng)的鋰離子在固相中的擴(kuò)散速度小于電化學(xué)反應(yīng)速度而造成的極化。
濃差極化一般認(rèn)為是秒級的。
鋰離子電池內(nèi)阻的組成
廣義而言，和歐姆電阻（IR）相同，活化極化和濃差極化都可以理解成電池內(nèi)阻的組成因素，或者說成是活化阻抗和濃差阻抗。活化極化和濃差極化的大小要建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型加以計算。
內(nèi)部阻抗由以下幾部分組成
☆離子電阻
①隔膜內(nèi)部的電解液
影響因素
電解液電導(dǎo)率，隔膜面積、厚度、孔隙率、曲折系數(shù)（Gurley）
②正極內(nèi)部的電解液
影響因素
電解液電導(dǎo)率，正極厚度、厚度、孔隙率、曲折系數(shù)
③負(fù)極內(nèi)部的電解液
影響因素
電解液電導(dǎo)率，正極厚度、厚度、孔隙率、曲折系數(shù)
☆電子電阻
①兩個電極的活性物質(zhì)
影響因素
電極電導(dǎo)率、厚度、面積
②集流體（銅箔和鋁箔）
影響因素
集流體厚度、寬度、長度，極耳數(shù)量、位置
③引線（極耳、極柱、內(nèi)部導(dǎo)電連接元件）
影響因素
外形尺寸、電導(dǎo)率
☆活性物質(zhì)與集流體的接觸電阻
正極物質(zhì)與鋁箔
負(fù)極物質(zhì)與銅箔
電池的電化學(xué)阻抗
把電極做一個等效電路圖，重要有歐姆阻抗Rb，雙電層電容Cd、電化學(xué)反應(yīng)阻抗Rct以及擴(kuò)散電阻Rw組成。一般來講，在鋰離子的嵌入和脫出循環(huán)過程中，Rb值變化一般不大，而Cd和Rct的變化卻較為明顯。
電池阻抗重要體現(xiàn)為電化學(xué)反應(yīng)阻抗，而歐姆阻抗相對較小。由下圖可知。隨著溫度的下降，電池阻抗逐漸上升，且下降至0°C以后，阻抗速度增大，陰極阻抗呈類似的趨勢，從數(shù)值上來看，電池的阻抗重要來源于陰極阻抗的貢獻(xiàn)。
其實在電池的整個循環(huán)過程中，陰極的阻抗占據(jù)整個電池阻抗的重要部分，只比整體電池的阻抗略小一些，隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，陰極阻抗增大，電池的阻抗也隨之新增。所以在電極制作的過程中要特別注意陰極電阻的測試，極片電阻率特別重要。
交流內(nèi)阻與直流內(nèi)阻
用交流法測出的是電池的阻抗，其實在公司里都往往要求測試電池的直流內(nèi)阻（DCR），IEC標(biāo)準(zhǔn)也對電池直流阻抗的測試做出了規(guī)定。
IEC測試方法
電池滿充電后，以0.2C放電10s，測試電壓為U1，電流I1.然后以1C放電1s，此時電壓為U2,電流I2.那么電流直流內(nèi)阻為：
那么直流內(nèi)阻和交流到底有多少差別呢？
如下為測試數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)上看，電池的交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻相關(guān)，基本符合線性關(guān)系。
根據(jù)電池EIS測試結(jié)果，電池的交流內(nèi)阻與歐姆電阻相近，但是直流內(nèi)阻卻包含了歐姆內(nèi)阻和活化阻抗，所以總的來說，直流內(nèi)阻的測定有很重要的意義。
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