锂电池内阻分析
来源：宝鄂实业
2019-09-03 07:10
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锂电池内阻不是定值，它跟锂电池的工作状态有关，包括欧姆内阻和极化内阻这两部分。
1）欧姆内阻
欧姆内阻是锂电池的固有电阻，也就是直流内阻，在一定的SOC 状态下可认为是固定的，它主要由电极材料、电解液、隔膜的电阻及其他各部分材料的内阻组成。图显示了锂电池在某个SOC状态下放电的过程。当锂电池开始放电时，欧姆内阻会在锂电池两端产生一个瞬间电压降ΔU1，这个压降持续的时间很短( 2 ms 以内) ，因此锂电池动态内阻的测试要有较短的响应时间。短时间之后锂电池的极化作用发生功效，锂电池两端的电压降主要由极化内阻引起，在充电过程中，欧姆内阻也会在锂电池两端引起一个瞬时电压上升的变化，之后就是极化内阻起作用。
2）极化内阻
锂电池在放电之后很短时间内的电压降变化由欧姆内阻引起，之后的电压降主要由极化作用引起。因为锂电池内部在进行化学反应，极化作用和电池SOC 状态变化都会引起电池输出电压的下降，但是这种变化是缓慢的，不同于欧姆内阻引起的电池两端电压瞬时下降。此时的内阻是锂电池化学反应中离子浓度引起的，即称为“极化内阻”。该内阻值随着反应的进行是变化的，其大小与检测的时间和电流的强度有关。
在放电过程中10 ～ 20 s 时间内电压的连续缓慢下降，以及在充电过程中20 s 之后电压的连续缓慢上升都是由极化内阻引起的。
1.3 内阻影响因素
锂电池交直流内阻与温度呈现明显的逆向关系，即温度下降内阻上升，并且呈现出典型的非线性特征。在实际应用过程中应尽量避免锂电池在低温环境中进行充放电，尤其低温充电对电池性能影响非常大。
锂电池不同SOC 状态下直流内阻呈现出放电深度越大，其直流内阻也越大的趋势; 图显示了锂电池在不同SOC 状态下交流内阻非常接近，可以认为锂电池交流内阻没有随SOC 的变化而变化。在不同SOC 状态下锂电池的交流内阻基本无变化，故在应用过程中只需考察不同SOC 状态下直流内阻值即可。
1 温度
温度对内阻大小的影响是显而易见的，温度越低，电池内部的离子传输就越慢，电池的内阻就越大。电池阻抗可以分为体相阻抗、SEI 膜阻抗和电荷转移阻抗，体相阻抗和 SEI 膜阻抗主要受电解液离子电导率影响，在低温下的变化趋势与电解液电导率变化趋势一致。相较体相阻抗和SEI膜阻在低温下的增幅，电荷反应阻抗随温度降低增加更加显著，在-20℃以下，电荷反应阻抗占电池总内阻的比例几乎达到 100 %。
2 SOC
当电池处于不同的SOC时，其内阻大小也不相同，尤其是直流内阻直接影响着电池的功率性能，进而反映电池在实际状态下的电池性能：锂电池直流内阻随电池放电深度DOD的增加而增加，在10%~80%的放电区间时内阻大小基本不变，一般在较深的放电深度时内阻增加显著。
3 存储
随着锂离子电池存储时间的增加，电池不断老化，其内阻不断增大。不同类型的锂电池内阻变化程度不同。在经历9-10月长时间的存储后，LFP电池的内阻增加率比NCA和NCM电池的内阻增加率高。内阻的增加率与存储时间、存储温度和存储SOC相关，Stroe 等通过对 LFP/C 电池24~36个月的存储研究量化了它们之间的关系(如下)：
4 循环
不管是存储还是循环，温度对电池内阻的影响都是一致的，循环温度越高，内阻增加率越大。而不同的循环区间对电池的内阻影响也不相同，电池内阻随着充放电深度的提高而加速增长，内阻的增幅与充放电深度的加强成正比。
除了循环中充放电深度的影响，充电截至电压也有影响：太低或太高的充电电压上限会使得电极的界面阻抗加大，Zheng等认为LFP/C电池在循环中的最优上限充电电压为3.9~4.3V，实验发现太低的上限电压下不能够很好地形成钝化膜，而太高的电压上限会导致电解液在 LiFePO4电极表面氧化分解形成电导率低的产物。
