電池內(nèi)阻的定義

 

歐姆內(nèi)阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配等有關(guān)。

 

電流通過電極時，電極電勢偏離平衡電極電勢的現(xiàn)象稱為電極的極化。極化電阻是指電池的正極與負(fù)極在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時極化所引起的內(nèi)阻。

電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電過程中隨時間不斷變化，這是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內(nèi)阻遵守歐姆定律，極化內(nèi)阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系。常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增加。

不同類型的電池內(nèi)阻不同。相同類型的電池，由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致，內(nèi)阻也不一樣。電池的內(nèi)阻很小，我們一般用毫歐的單位來定義它。內(nèi)阻是衡量電池性能的一個重要技術(shù)指標(biāo)。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。

 

電池的內(nèi)阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合，我們要求電池的內(nèi)阻測量精度誤差必須控制在正負(fù)5%以內(nèi)。這么小的阻值和這么精確的要求必須用專用儀器來進(jìn)行測量。

電池內(nèi)阻的測量

 

蓄電池狀態(tài)的重要標(biāo)志之一就是它的內(nèi)阻。無論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當(dāng)，都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。因此可以通過測量蓄電池內(nèi)阻，對其工作狀態(tài)進(jìn)行評估。目前測量蓄電池內(nèi)阻的常見方法有：

1.密度法

密度法主要通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻，常用于開口式鉛酸電池的內(nèi)阻測量，不適合密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測量。該方法的適用范圍窄。

2.開路電壓法

開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯誤結(jié)論。因?yàn)榧词挂粋�容量已經(jīng)變得很小的蓄電池，再浮充狀態(tài)下其端電壓仍可能表現(xiàn)得很正常。

3.直流放電法

直流放電法就是通過對電池進(jìn)行瞬間大電流放電，測量電池上的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出電池內(nèi)阻。雖然這種方法在實(shí)踐中也得到了廣泛的應(yīng)用，但是它也存在一些缺點(diǎn)。如用該方法對蓄電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測必須是在靜態(tài)或是脫機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，無法實(shí)現(xiàn)在線測量。而且大電流放電會對蓄電池造成較大的損害，從而影響蓄電池的容量及壽命。

4.交流注入法

交流法通過對蓄電池注入一個恒定的交流電流信號IS，測量出蓄電池兩端的電壓響應(yīng)信號Vo，以及兩者的相位差θ由阻抗公式來確定蓄電池的內(nèi)阻R。該方法不需對蓄電池進(jìn)行放電，可以實(shí)現(xiàn)安全在線檢測電池內(nèi)阻，故不會對蓄電池的性能造成影響。但該方法需要測量交流電流信號Is，電壓響應(yīng)信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差θ由此可見這種方法不但干擾因素多，而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時也影響了測量精度。

為了解決上述各方法的缺陷，本文采用了四端子測量方式，將蓄電池兩端上的電壓響應(yīng)信號通過交流差分電路與產(chǎn)生恒定交流源的正弦信號經(jīng)過模擬乘法器相乘，再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過濾波電路，使交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘枺�直流信號�?jīng)直流放大器放大后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的值送入單片機(jī)進(jìn)行簡單處理。

電池的內(nèi)阻是指電池在工作時,電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力,一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻,由于充電電池內(nèi)阻很小,測直流內(nèi)阻時由于電極容量極化,產(chǎn)生極化內(nèi)阻,故無法測出其真實(shí)值,而測其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響,得出真實(shí)的內(nèi)值。

鋰離子電池內(nèi)阻

 

對鋰離子電池而言,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)極極化和濃差極化引起的電阻。

鋰離子電池的實(shí)際內(nèi)阻是指電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。電池內(nèi)阻大，會產(chǎn)生大量焦耳熱引起電池溫度升高，導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短，對電池性能、壽命等造成嚴(yán)重影響。

電池內(nèi)阻大小的精確計算相當(dāng)復(fù)雜，而且在電池使用過程中會不斷變化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，鋰離子電池的體積越大，內(nèi)阻越小；反之亦然。

改善電池內(nèi)阻

 

用功能涂層對電池導(dǎo)電基材進(jìn)行表面處理是一項(xiàng)突破性的技術(shù)創(chuàng)新，覆碳鋁箔/銅箔就是將分散好的納米導(dǎo)電石墨和碳包覆粒，均勻、細(xì)膩地涂覆在鋁箔/銅箔上。它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅度降低正/負(fù)極材料和集流之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升。

導(dǎo)電涂層（涂碳鋁箔）對鋰電池的性能帶來以下提升

1. 降低電池內(nèi)阻，抑制充放電循環(huán)過程中的動態(tài)內(nèi)阻增幅；

2. 顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本；

3. 提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片制造成本；

4. 減小極化，提高倍率性能，減低熱效應(yīng)；

5. 防止電解液對集流體的腐蝕；

6. 綜合因子進(jìn)而延長電池使用壽命。

7. 涂層厚度：常規(guī)單面厚1～3μm。

涂碳鋁箔/銅箔的性能優(yōu)勢

1.顯著提高電池組使用一致性，大幅降低電池組成本。如：

· 明顯降低電芯動態(tài)內(nèi)阻增幅 ;

· 提高電池組的壓差一致性 ;

· 延長電池組壽命 ;

· 大幅降低電池組成本。

 

2.提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片制造成本。如：

· 改善使用水性體系的正極材料和集電極的附著力；

· 改善納米級或亞微米級的正極材料和集電極的附著力；

· 改善鈦酸鋰或其他高容量負(fù)極材料和集電極的附著力；

· 提高極片制成合格率,降低極片制造成本。

 

使用涂碳鋁箔后極片粘附力由原來10gf提高到60gf（用3M膠帶或百格刀法），粘附力顯著提高。

3.減小極化，提高倍率和克容量，提升電池性能。如：

· 部分降低活性材料中粘接劑的比例，提高克容量；

· 改善活性物質(zhì)和集流體之間的電接觸；

· 減少極化，提高功率性能。

 

其中C-AL為涂碳鋁箔，E-AL為蝕刻鋁箔，U-AL為光鋁箔。

4.保護(hù)集流體，延長電池使用壽命。如：

· 防止集流極腐蝕、氧化；

· 提高集流極表面張力，增強(qiáng)集流極的易涂覆性能；