详解锂电池的特性及使用

来源：宝鄂实业 2019-09-10 10:35 点击量：次

1 锂电池工作过程锂离子电池充放电过程的物理模型。蓝色箭头表示充电，红色箭头表示放电。蓝绿相间的晶格结构为正极材料，黑色层状为负极材料。目前主流的锂离子电池，一般按照正极材料类型命名，磷酸铁锂、锰酸锂等即为正极材料的类型；负极为石墨材质；正极集流体铝箔，负极集流体为铜箔。

下面以放电为例，描述一下锂电池放电时的物理过程。

外部负载接通后，在电池本体以外形成电流通路。由于正负极之间存在电势差，负极附近的电子首先通集流体和外部导线向正极移动；负极周围的锂离子浓度升高。从负极经过外部电路到达正极的电子，与正极附近的锂离子结合，嵌入正极材料，正极附近的锂离子浓度降低。正负极之间的锂离子浓度差形成。这样，就完成了电池放电过程的第一推动。

随着锂离子在离子浓度差的推动下离开负极，负极附近出现空缺，负极材料内的锂离子，从负极脱嵌，进入电解液中；大量锂离子从电解液中穿越隔膜，自负极向正极移动。同时，原本与锂离子以结合形态存在的电子，则通过外部电路去往正极。电池开始了按照负载的需求进行的放电过程。

充电是放电的逆过程，同样的脱嵌，移动，嵌入几个阶段，只是推动过程发展的动力来自于充电机，而离子的运动方向是自正极向负极运动。这里不再赘述。

2 锂电池内阻构成

了解了锂电池的工作过程，那么过程中的阻碍因素，便形成了锂电池的内阻。

电池的内阻包括欧姆电阻和极化电阻。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。

欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及集流体、极耳的连接等各部分零件的接触电阻组成，与电池的尺寸、结构、连接方式等有关。

极化电阻，加载电流的瞬间才产生的电阻，是电池内部各种阻碍带电离子抵达目的地的趋势总和。极化电阻可以分为电化学极化和浓差极化两部分。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。

3 锂电池内阻影响因素

从上面的过程可以推演出电池内阻的影响因素。

3.1 外加因素

温度，环境温度是各种电阻的重要影响因素，具体到锂电池，是由于温度影响电化学材料的活性，直接决定电化学反应的速度和离子运动的速度。

电流或者说负载的需求，一方面电流的大小与极化内阻有直接关联。大体趋势是电流越大，极化内阻越大。另一方面，电流的热效应，对电化学材质的活性产生影响。