鋰電池的內(nèi)阻，靜態(tài)內(nèi)阻和工作內(nèi)阻常常不同，在不同環(huán)境下，溫度不同內(nèi)阻也有變化。是哪些因素影響了鋰電池的內(nèi)阻？

1鋰電池工作過(guò)程

如上圖所示，鋰離子電池充放電過(guò)程的物理模型。藍(lán)色箭頭表示充電，紅色箭頭表示放電。藍(lán)綠相間的晶格結(jié)構(gòu)為正極材料，黑色層狀為負(fù)極材料。目前主流的鋰離子電池，一般按照正極材料類型命名，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極材料的類型；負(fù)極為石墨材質(zhì)；正極集流體鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。

下面以放電為例，描述一下鋰電池放電時(shí)的物理過(guò)程。

外部負(fù)載接通后，在電池本體以外形成電流通路。由于正負(fù)極之間存在電勢(shì)差，負(fù)極附近的電子首先通集流體和外部導(dǎo)線向正極移動(dòng)；負(fù)極周圍的鋰離子濃度升高。從負(fù)極經(jīng)過(guò)外部電路到達(dá)正極的電子，與正極附近的鋰離子結(jié)合，嵌入正極材料，正極附近的鋰離子濃度降低。正負(fù)極之間的鋰離子濃度差形成。這樣，就完成了電池放電過(guò)程的第一推動(dòng)。

隨著鋰離子在離子濃度差的推動(dòng)下離開(kāi)負(fù)極，負(fù)極附近出現(xiàn)空缺，負(fù)極材料內(nèi)的鋰離子，從負(fù)極脫嵌，進(jìn)入電解液中；大量鋰離子從電解液中穿越隔膜，自負(fù)極向正極移動(dòng)。同時(shí)，原本與鋰離子以結(jié)合形態(tài)存在的電子，則通過(guò)外部電路去往正極。電池開(kāi)始了按照負(fù)載的需求進(jìn)行的放電過(guò)程。

充電是放電的逆過(guò)程，同樣的脫嵌，移動(dòng)，嵌入幾個(gè)階段，只是推動(dòng)過(guò)程發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自于充電機(jī)，而離子的運(yùn)動(dòng)方向是自正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)。這里不再贅述。

2鋰電池內(nèi)阻構(gòu)成

了解了鋰電池的工作過(guò)程，那么過(guò)程中的阻礙因素，便形成了鋰電池的內(nèi)阻。

電池的內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下，歐姆電阻基本穩(wěn)定不變，而極化電阻會(huì)隨著影響極化水平的因素變動(dòng)。

歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、連接方式等有關(guān)。

極化電阻，加載電流的瞬間才產(chǎn)生的電阻，是電池內(nèi)部各種阻礙帶電離子抵達(dá)目的地的趨勢(shì)總和。極化電阻可以分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反應(yīng)的速度無(wú)法達(dá)到電子的移動(dòng)速度造成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極材料并在材料中移動(dòng)的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度造成的。

3鋰電池內(nèi)阻影響因素

從上面的過(guò)程可以推演出電池內(nèi)阻的影響因素。

3.1外加因素

溫度，環(huán)境溫度是各種電阻的重要影響因素，具體到鋰電池，是由于溫度影響電化學(xué)材料的活性，直接決定電化學(xué)反應(yīng)的速度和離子運(yùn)動(dòng)的速度。

電流或者說(shuō)負(fù)載的需求，一方面電流的大小與極化內(nèi)阻有直接關(guān)聯(lián)。大體趨勢(shì)是電流越大，極化內(nèi)阻越大。另一方面，電流的熱效應(yīng)，對(duì)電化學(xué)材質(zhì)的活性產(chǎn)生影響。

3.2電池自身因素

正極材料，負(fù)極材料，鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度，決定了材料內(nèi)阻的大小，是濃差極化電阻的一部分。

電解液，鋰離子在電解液中的移動(dòng)速率，受電解液導(dǎo)電率的影響，是電化學(xué)極化電阻的主要構(gòu)成部分。

隔膜，隔膜自身電阻，直接構(gòu)成歐姆內(nèi)阻的一部分，同時(shí)其對(duì)鋰離子移動(dòng)速率的阻礙，又形成了一部分電化學(xué)極化電阻。

集流體電阻，部件連接電阻，是電池歐姆內(nèi)阻的主要組成部分。

工藝水平，極片制作工藝、涂料是否均勻、壓實(shí)密度如何，這些電芯加工過(guò)程中工藝水平的高低，也會(huì)對(duì)極化內(nèi)阻造成直接影響。

4鋰電池內(nèi)阻測(cè)量

鋰電池內(nèi)阻測(cè)量方法，一般分為直流測(cè)量方法和交流測(cè)量方法兩種。

4.1直流內(nèi)阻測(cè)量方法

使用電流源，給電池施加一個(gè)短時(shí)脈沖，測(cè)量其端電壓與開(kāi)路電壓的差。用這個(gè)差值除以測(cè)試電流即認(rèn)為是電池的直流內(nèi)阻。

鋰電池極化內(nèi)阻會(huì)受到加載電流大小的影響，為了盡量避開(kāi)這個(gè)因素，直流測(cè)量?jī)?nèi)阻方法的通電時(shí)間比較短，并且加載電流比較大。

理論上，測(cè)量電流越小，越不會(huì)引起極化反應(yīng)，減少極化電阻的干擾。但由于電池內(nèi)阻本身很小，都是毫歐量級(jí)，電流過(guò)小，電壓檢測(cè)儀器受限于測(cè)量精度，無(wú)法排除測(cè)量誤差對(duì)結(jié)果的干擾。因此，人們權(quán)衡儀器精度和極化內(nèi)阻的影響，找到一個(gè)平衡二者關(guān)系的測(cè)量電流值。

對(duì)于普通電池單體來(lái)說(shuō)，測(cè)量電流一般在5C-10C左右，很大。隨著電芯容量的增大，或者多個(gè)電芯并聯(lián)，其內(nèi)阻是減小的，因此，如果沒(méi)有儀器精度的提高，測(cè)量電流是很難降下來(lái)的。

4.2交流內(nèi)阻測(cè)量方法

給電池加載一個(gè)幅值較小的交流輸入作為激勵(lì)，監(jiān)測(cè)其端電壓的響應(yīng)情況。使用特定程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出電池的交流內(nèi)阻。分析得到的阻值，只與電池本身特性有關(guān)，與采用的激勵(lì)信號(hào)大小無(wú)關(guān)。

由于電池電容特性的存在，激勵(lì)信號(hào)的頻率不同，其測(cè)量得到的阻值也不同。軟件分析的結(jié)果可以用一組復(fù)數(shù)表示，橫軸為實(shí)部，縱軸為虛部。這樣，就形成了一個(gè)圖譜，所謂交流阻抗譜，如上圖所示。

通過(guò)進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，人們可以從交流阻抗譜中得到這只電池的歐姆電阻，SEI膜的擴(kuò)散電阻，SEI膜的電容值，電荷在電解液中傳遞的等效電容值以及電荷在電解液中擴(kuò)散電阻值，進(jìn)而繪制出電池等效模型，進(jìn)行電池性能的進(jìn)一步研究。一種等效電池模型，如下圖所示。

5內(nèi)阻在工程實(shí)踐中的應(yīng)用

內(nèi)阻，作為鋰電池的關(guān)鍵特性之一，對(duì)它的研究成果，可以在工程制造等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

內(nèi)阻與電池荷電量有緊密關(guān)系，因此被應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)中的SOC估計(jì)；

內(nèi)阻直接體現(xiàn)電池老化程度，有人把電芯內(nèi)阻作為電池健康狀態(tài)SOH的評(píng)估依據(jù)；

單體內(nèi)阻一致性直接影響成組后的模組容量和壽命，因而被作為電芯分選配組的靜態(tài)指標(biāo)普遍應(yīng)用；

內(nèi)阻又是電池故障的重要指征，在動(dòng)力電池包的故障診斷系統(tǒng)中，被研究使用；

內(nèi)阻配合容量損失等指標(biāo)，還可以判斷電池是否存在析鋰現(xiàn)象，被應(yīng)用在梯次利用退役電池領(lǐng)域。

參考

1張持健，鋰電池SOC預(yù)測(cè)方法綜述

2蓄電池剩余容量在線檢測(cè)方法研究

3基于交流阻抗法的蓄電池內(nèi)阻測(cè)量

4磷酸鐵鋰電池直流內(nèi)阻測(cè)定

5黃偉昭，基于開(kāi)路電壓回升速率和交流阻抗相結(jié)合的一種鋰離子電池SOH算法

6凡旭國(guó)，鋰離子電池組等效電路建模及SOC估算的研究

7李然，鋰動(dòng)力電池健康度評(píng)價(jià)與估算方法的研究

8于智龍，基于自放電技術(shù)的電動(dòng)車用鋰動(dòng)力電池SOC預(yù)測(cè)算法研究