锂电池欧姆内阻和极化内阻

锂电池内阻定义

锂电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。

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，包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电化学极化是电解液中电化学反应的速度无法达到电子的移动速度造成的；浓差极化，是锂离子嵌入脱出正负极材料并在材料中移动的速度小于锂离子向电极集结的速度造成的。

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。

在温度恒定的条件下，欧姆电阻基本稳定不变，而极化电阻会随着影响极化水平的因素变动。

测量方法

电流流过电池内部所受到的阻力，一般分为交流内阻和直流内阻，由于充电电池内阻很小，测直流内阻时由于电极容量极化，产生极化内阻，故无法测出其真实值，而测其交流内阻可免除极化内阻的影响，得出真实的 内值 。交流内阻测试方法为：利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1KHz，50mA的恒定电流，对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值。

直流内阻测量方法

使用电流源，给电池施加一个短时脉冲，测量其端电压与开路电压的差。用这个差值除以测试电流即认为是电池的直流内阻。

锂电池极化内阻会受到加载电流大小的影响，为了尽量避开这个因素，直流测量内阻方法的通电时间比较短，并且加载电流比较大。

理论上，测量电流越小，越不会引起极化反应，减少极化电阻的干扰。但由于电池内阻本身很小，都是毫欧量级，电流过小，电压检测仪器受限于测量精度，无法排除测量误差对结果的干扰。因此，人们权衡仪器精度和极化内阻的影响，找到一个平衡二者关系的测量电流值。

对于普通电池单体来说，测量电流一般在5C-10C左右，很大。随着电芯容量的增大，或者多个电芯并联，其内阻是减小的，因此，如果没有仪器精度的提高，测量电流是很难降下来的。

下图中，V1-V2的变化由欧姆内阻引起，V2-V3的变化由极化内阻引起。

 

交流内阻测量方法

给电池加载一个幅值较小的交流输入作为激励，监测其端电压的响应情况。使用特定程序对数据进行分析，得出电池的交流内阻。分析得到的阻值，只与电池本身特性有关，与采用的激励信号大小无关。

由于电池电容特性的存在，激励信号的频率不同，其测量得到的阻值也不同。软件分析的结果可以用一组复数表示，横轴为实部，纵轴为虚部。这样，就形成了一个图谱，所谓交流阻抗谱，如上图所示。

通过进一步的数据分析，人们可以从交流阻抗谱中得到这只电池的欧姆电阻，SEI膜的扩散电阻，SEI膜的电容值，电荷在电解液中传递的等效电容值以及电荷在电解液中扩散电阻值，进而绘制出电池等效模型，进行电池性能的进一步研究。一种等效电池模型，如下图所示。