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电池的内阻问题知识解析

1、电芯的电阻

（1）欧姆电阻：

欧姆电阻就是我们常说的材料的电阻，固体材料是电子在其中传输遇到阻力形成的，液体的电阻就是在电力作用下离子在其中的传输收到的阻力。在电池中，包括电极、电解液、隔膜、极柱等材料的电阻，也包括接触电阻，如电极极耳与接线柱的连接、电极材料与集流体的接触等。

欧姆电阻与材料的特性，以及电极、电池的设计等有关，例如功率型电芯选用的材料欧姆内阻就要小，配方里面导电材料用的就多，电极薄、电极总体表面积大等。同等条件下，电芯越大，其欧姆内阻越小，类似于导体的导电面积越大，其电阻越小。

（2）极化电阻

极化电阻包括电化学极化和浓差极化。它们都是在有电化学反应，也就是电池充放电过程中才会出现的，静止状态下是不存在极化的。

电化学极化：电化学反应在电极表面发生，通常电子的传输速率快于电化学反应速率，造成电子在电极表面的堆积，产生极化（形成电压差）。

浓差极化：离子在电解液中传输，到达电极表面，表面和固相进行反应，其传输速率低于反应速率，离子产生浓度差（一侧浓度高，一侧浓度低），形成极化（同样形成电压差）。

欧姆内阻是随时存在的，极化内阻只有在存在电化学反应时才出现，受电化学反应影响比较大，与电化学反应速度有很大关系，电化学反应受温度和电流影响大。

不同的电化学反应其极化是不同的，充电和放电的电化学反应不同，其极化也不同。材料的研究很大一部分内容就是降低材料的极化效应。

电极反应可以分解为多个过程：

?电解质中的质量传递（扩散和迁移）

?活性电极材料表面的电荷转移反应

?电化学反应过程

?活性电极材料颗粒内的锂扩散。

每一个步骤都会有极化产生，这些次序是串行的，各过程的极化累加就是电极或电池的极化。加上欧姆内阻（也可以看做一种极化）产生的电压降，充放电反应过程中电芯的电压偏离平衡电压（可以用静态电压来代替）的值就是由这些极化产生的。

2、电阻的测量

（1）欧姆内阻

欧姆内阻不受电流影响，通常直接用电池内阻测试仪测量。但在电池或电池组运行过程中，直接测试电池的欧姆内阻是比较困难的，目前没有合适的方法予以实际应用。

用常用的欧姆表是无法测量电池的欧姆内阻的。内阻测试仪是在电池上施加一个高频小电流，由于频率比较高，电子或离子在流动中不断变化方向，电化学反应来不及发生，产生的极化可以忽略，测量出来就是欧姆内阻，一般为毫欧级。标准频率为1000Hz。

欧姆内阻与电池的荷电量有关，不同荷电量，电池正负极中富含的充电态物质量不同，所以其内阻会不同，同样，随着电芯循环次数的增加，物质也在不断发生老化、或者电极、材料等内部微观结构发生变化，也会通过欧姆内阻的变化体现出来。

（2）极化内阻

极化内阻通常通过电化学阻抗分析仪（EIS）来测量分析，在电极材料研发中常常应用。电池在实际应用中的极化内阻也是比较难测量出来的，虽然其更能体现出材料和电极的变化。

下图是电极/电池的电化学模型以及电化学阻抗图谱：

图1：电极/电池电化学模型

图2：电化学极化、浓差极化的电极阻抗图（奈奎斯特图）

RL：欧姆极化内阻，图与横轴的在高频区的交点；

RP：电化学极化内阻，即半圆直径的大小；

RW：扩散极化内阻或浓差极化内阻，与低频区直线的斜率有关。

3、直流内阻

交流内阻和欧姆内阻在体现电池性能、电池寿命等方面有比较大的作用，但又没有在电池应用过程中直接测试。在电池应用中，其输入输出均是直流电，就要用直流电来测试体现出这些内阻的变化，这样测试出来的是直流内阻，包含了欧姆内阻、各种极化内阻等。

电流经过电池，就会出现极化，包括欧姆极化、电化学极化、浓差极化等，这些极化的产生会引起电池电压偏离其平衡电压，充电时候整体向上偏离（正极电压向上偏离，负极电压向下偏离，电池电压高于平衡电压），放电时整体向下偏离（正极电压向下偏离，负极电压向上偏离，电池电压低于平衡电压），示意图如图3。

图3充放电极化引起的电池电压变化

在应用中，这个电压的偏离是可以测量出来的。电池直流内阻的测试方法许多标准上都有，如电动汽车用锂离子电池标准等。通常都是在某一SOC点，静置一段时间，使电池电压达到平稳（平衡状态），记录平衡电压V0，然后短时（通常为10s）施加一个较大电流I，施加的电流根据电芯类型有所不同，功率型电芯电流大一些（如4C），能量型电芯小一些（如1C），记录此时电芯该时间点有电流情况下的电压V1，与前述平衡电压的压差除以电流，即得到该电芯在该SOC状态下的直流内阻。

R=∣V1-V0∣/I

第二种方法是在电池静置后，先短时施加一个相对较小的电流I1，记录达到时间点后的电压V1，接着施加一个更大的电流I2，持续时间与前相同，记录末点电压V2，此时得到的直流内阻为：

R=∣V1-V0∣/∣I2-I1∣

第二种方法通常采用的电流更大，适用于功率型电芯。其测试的