鉅大LARGE | 點擊量：981次 | 2021年08月12日
理論結合加工踐行談談鋰離子電池內阻那些事
近年來，新能源汽車對動力鋰電池高倍率充放電性能的要求越來越高，而內阻是影響電池功率性能和放電效率的緊要因素，它的初始大小重要由電池的結構設計、原材料性能和制程工藝決定。隨著鋰離子電池的使用，電池性能不斷衰減，重要表現為容量衰減、內阻新增、功率下降等，電池內阻的變化受溫度、放電深度等多種使用條件的影響。因此，結合電池結構設計、原材料性能、制程工藝和使用條件等方面闡述了影響電池內阻的因素。
電阻是鋰離子電池在工作時，電流流過電池內部受到的阻力。通常，鋰離子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。
歐姆內阻
歐姆內阻重要分為三個部分，一是離子阻抗，二是電子阻抗，三是接觸阻抗。我們希望鋰離子電池的內阻越小越小，那么就要針對此三項內容采取詳盡措施來降低歐姆內阻。
離子阻抗
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
鋰離子電池離子阻抗是指鋰離子在電池內部傳遞所受到的阻力。在鋰離子電池中鋰離子遷移速度和電子傳導速度起著同樣緊要的用途，離子阻抗重要受正負極材料、隔膜以及電解液的影響。想要降低離子阻抗，要做好以下幾點：
保證正負極材料和電解液具有良好的浸潤性
在極片設計時要選定適宜的壓實密度，假如壓實密度過大，電解液不易浸潤，會提高離子阻抗。關于負極極片來說，假如首次充放電時在活物質表面形成的SEI膜過厚，也會提高離子阻抗，這時要調節電池的化成工藝來處理。
電解液的影響
電解液要具有適宜的濃度、粘度和電導率。電解液粘度過高時，不利于其與正負極活物質之間的浸潤。同時，電解液也要較低的濃度，濃度過高同樣不利于其流動浸潤。電解液的電導率是影響離子阻抗的最緊要的因素，其決定著離子的遷移。
隔膜對離子阻抗的影響
隔膜對離子阻抗的重要影響因素有：隔膜中電解液分布、隔膜面積、厚度、孔隙大小、孔隙率以及蜿蜒系數等。關于陶瓷隔膜來說，還要防止陶瓷顆粒堵塞隔膜孔隙不利于離子通過。在保證電解液充足浸潤隔膜的同時，還不能有余量的電解液殘留其中，降低電解液的使用效率。
電子阻抗
電子阻抗的影響因素比較多，可以從材料、工藝等方面進行著手改善。
正負極極板
正負極極板影響電子阻抗的因素重要有：活物質與集流體的接觸、活物質本身因素、極板參數等。活物質要與集流體面充足接觸，可以從集流體銅箔、鋁箔基材上，正負極漿料粘接性上考慮。活物質本身的孔隙率、顆粒表面副產物、與導電劑混合不平均等均會造成電子阻抗變化。極板參數如活物質密度太小時，顆粒間隙大，不利于電子傳導。
隔膜
隔膜對電子阻抗的影響因素重要有：隔膜厚度、孔隙率以及充放電過程中的副產物。前兩者很容易理解，在電芯拆解之后常常會發現隔膜上沾著厚厚一層褐色物質，里面包括石墨負極及其反應副產物，會造成隔膜孔堵塞，降低電池使用壽命。
集流體基材
集流體的材質、厚度、寬度以及其與極耳的接觸程度均會影響電子阻抗。集流體要選擇未氧化鈍化的基材，否則會影響阻抗大小。銅鋁箔與極耳焊接不良也會影響電子阻抗。
接觸阻抗
接觸電阻是在銅鋁箔與活物質的接觸間形成的，要重點關注正負極漿料的粘接性。
極化內阻
電流通過電極時，電極電勢偏離平衡電極電勢的現象稱為電極的極化。極化包括歐姆極化、電化學極化和濃差極化。極化電阻是指電池的正極與負極在進行電化學反應時極化所引起的內阻，其能反應電池內部的一致性，但是由于受操作、辦法的影響，不適用于加工中。極化內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化，這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度新增而增大，但不是線性關系。常隨電流密度的對數增大而線性新增。
結構設計影響
在電池結構設計中，除了電池結構件本身的鉚接及焊接之外，電池極耳的數量、尺寸、位置等筆直影響電池內阻大小。在一定程度內，新增極耳數量，可有效降低電池內阻。極耳位置也影響電池的內阻，極耳位置在正負極極片頭部的卷繞電池內阻最大，且相較于卷繞式電池，疊片式電池相當于幾十片小電池并聯，其內阻更小。
原材料性能影響
正負極活性材料
鋰離子電池中正極材料是儲鋰一方，更多的決定了鋰離子電池的性能，正極材料重要通過包覆與摻雜來改善顆粒之間的電子傳導能力。如摻雜Ni后加強了P-O鍵的強度，穩定了LiFePO4/C的結構，優化了晶胞體積，可有效降低正極材料的電荷轉移阻抗。活化極化特別是負極活化極化的大幅新增是極化嚴重的重要原由。減小負極顆粒粒徑可以有效減小負極活化極化，當負極固相粒徑減小一半時，活化極化可降低45%。因此，就電池設計而言，正負極材料本身的改善研究也是必不可少的。
導電劑
石墨和炭黑因其良好性能，在鋰離子電池范疇使用廣泛。相關于石墨類導電劑，正極添加炭黑類導電劑的電池倍率性能更優，因為石墨類導電劑具有片狀顆粒形貌，大倍率下引起孔隙蜿蜒系數較大上升，易出現Li液相擴散過程限制放電容量的現象。而添加了CNTs的電池其內阻更小，因為相對石墨/炭黑與活性材料的點接觸，纖維狀的碳納米管與活性材料屬于線接觸，可以降低電池的界面阻抗。
集流體
降低集流體與活性物質間的界面電阻，提高兩者之間的粘結強度是提升鋰離子電池性能的緊要手段。在鋁箔表面涂覆導電碳涂層和對鋁箔進行電暈解決可有效降低電池的界面阻抗。相較普調鋁箔，使用涂碳鋁箔可以使電池的內阻降低65%左右，且可降低電池在使用過程中內阻的增幅。經電暈解決的鋁箔交流內阻可降低20%左右，在常使用的20%~90%SOC區間內，直流內阻整體偏小且隨放電深度的新增，其增幅逐漸較小。
隔膜
電池內部的離子傳導需依靠電解液中Li離子通過隔膜多孔的擴散，隔膜的吸液潤濕能力是形成良好離子流動通道的關鍵，當隔膜具有更高的吸液率和多孔結構時，能提升導電性減小電池阻抗，提高電池的倍率性能。相較一般基膜，陶瓷隔膜和涂膠隔膜不但能大幅提高隔膜的高溫耐收縮性，而且可加強隔膜的吸液潤濕能力，在PP隔膜上新增SiO2陶瓷涂層，可使隔膜的吸液量新增17%。在PP/PE復合隔膜上涂覆1μm的PVDF-HFP，隔膜吸液率由70%新增到82%，電芯內阻下降20%以上。
從電池結構設計、原材料性能、制程工藝和使用條件等方面來講影響電池內阻的因素重要包括：
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