电池内阻的定义_电池内阻组成

电气知识 2022-08-06

  电池内阻的定义

  电池内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,它包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。

  欧姆内阻主要是指由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成,与电池的尺寸、结构、装配等有关。电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电极的极化。极化电阻是指电池的正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻。

  电池的内阻不是常数,在充放电过程中随时间不断变化,这是因为活性物质的组成,电解液的浓度和温度都在不断的改变。欧姆内阻遵守欧姆定律,极化内阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系。常随电流密度的对数增大而线性增加。

  不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。电池的内阻很小,我们一般用毫欧的单位来定义它。内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下,内阻小的电池的大电流放电能力强,内阻大的电池放电能力弱。

  电池的内阻很小,我们一般用微欧或者毫欧的单位来定义它。在一般的测量场合,我们要求电池的内阻测量精度误差必须控制在正负5%以内。这么小的阻值和这么精确的要求必须用专用仪器来进行测量。

  锂电池内阻的组成

  广义而言,和欧姆电阻(IR)一样,活化极化和浓差极化都可以理解成电池内阻的组成因素,或者说成是活化阻抗和浓差阻抗。活化极化和浓差极化的大小需要建立复杂的数学模型加以计算。

  内部阻抗由以下几部分组成

  1、离子电阻

  ①隔膜内部的电解液

  影响因素

  电解液电导率,隔膜面积、厚度、孔隙率、曲折系数(Gurley)

  ②正极内部的电解液

  影响因素

  电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

  ③负极内部的电解液

  影响因素

  电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

  2、电子电阻

  ①两个电极的活性物质

  影响因素

  电极电导率、厚度、面积

  ②集流体(铜箔和铝箔)

  影响因素

  集流体厚度、宽度、长度,极耳数量、位置

  ③引线(极耳、极柱、内部导电连接元件)

  影响因素

  外形尺寸、电导率

  3、活性物质与集流体的接触电阻

  正极物质与铝箔

  负极物质与铜箔

  电池的电化学阻抗

  把电极做一个等效电路图,主要有欧姆阻抗Rb,双电层电容Cd、电化学反应阻抗Rct以及扩散电阻Rw组成。一般来讲,在锂离子的嵌入和脱出循环过程中,Rb值变化一般不大,而Cd和Rct的变化却较为明显。

电池内阻的定义_电池内阻组成

  电池阻抗主要体现为电化学反应阻抗,而欧姆阻抗相对较小。由下图可知。随着温度的下降,电池阻抗逐渐上升,且下降至0°C以后,阻抗速度增大,阴极阻抗呈类似的趋势,从数值上来看,电池的阻抗主要来源于阴极阻抗的贡献。

电池内阻的定义_电池内阻组成

  其实在电池的整个循环过程中,阴极的阻抗占据整个电池阻抗的主要部分,只比整体电池的阻抗略小一些,随着充放电循环的进行,阴极阻抗增大,电池的阻抗也随之增加。所以在电极制作的过程中需要特别注意阴极电阻的测试,极片电阻率特别重要。