電池內阻解析

歐姆內阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結構、裝配等有關。

電流通過電極時，電極電勢偏離平衡電極電勢的現象稱為電極的極化。極化電阻是指電池的正極與負極在進行電化學反應時極化所引起的內阻。

電池的內阻不是常數，在充放電過程中隨時間不斷變化，這是因為活性物質的組成，電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內阻遵守歐姆定律，極化內阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關係。常隨電流密度的對數增大而線性增加。

不同類型的電池內阻不同。相同類型的電池，由於內部化學特性的不一致，內阻也不一樣。電池的內阻很小，我們一般用毫歐的單位來定義它。內阻是衡量電池性能的一個重要技術指標。正常情況下，內阻小的電池的大電流放電能力強，內阻大的電池放電能力弱。

電池的內阻很小，我們一般用微歐或者毫歐的單位來定義它。在一般的測量場合，我們要求電池的內阻測量精度誤差必須控制在正負5%以內。這麼小的阻值和這麼精確的要求必須用專用儀器來進行測量。

蓄電池狀態的重要標誌之一就是它的內阻。無論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當，都能從它的內阻變化中體現出來。因此可以通過測量蓄電池內阻，對其工作狀態進行評估。目前測量蓄電池內阻的常見方法有：

1.密度法

密度法主要通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內阻，常用於開口式鉛酸電池的內阻測量，不適合密封鉛酸蓄電池的內阻測量。該方法的適用範圍窄。

2.開路電壓法

開路電壓法是通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池內阻，精度很差，甚至得出錯誤結論。因為即使一個容量已經變得很小的蓄電池，再浮充狀態下其端電壓仍可能表現得很正常。

3.直流放電法

直流放電法就是通過對電池進行瞬間大電流放電，測量電池上的瞬間電壓降，通過歐姆定律計算出電池內阻。雖然這種方法在實踐中也得到了廣泛的應用，但是它也存在一些缺點。如用該方法對蓄電池內阻進行檢測必須是在靜態或是脫機狀態下進行，無法實現在線測量。而且大電流放電會對蓄電池造成較大的損害，從而影響蓄電池的容量及壽命。

4.交流注入法

交流法通過對蓄電池注入一個恆定的交流電流信號IS，測量出蓄電池兩端的電壓響應信號Vo，以及兩者的相位差θ由阻抗公式來確定蓄電池的內阻R。該方法不需對蓄電池進行放電，可以實現安全在線檢測電池內阻，故不會對蓄電池的性能造成影響。但該方法需要測量交流電流信號Is，電壓響應信號Vo，以及電壓和電流之間的相位差θ由此可見這種方法不但幹擾因素多，而且增加了系統的複雜性，同時也影響了測量精度。

為了解決上述各方法的缺陷，本文採用了四端子測量方式，將蓄電池兩端上的電壓響應信號通過交流差分電路與產生恆定交流源的正弦信號經過模擬乘法器相乘，再將模擬乘法器的輸出電壓信號通過濾波電路，使交流信號轉變為直流信號，直流信號經直流放大器放大後進行模數轉換，將轉換後的值送入單片機進行簡單處理。

電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,一般分為交流內阻和直流內阻,由於充電電池內阻很小,測直流內阻時由於電極容量極化,產生極化內阻,故無法測出其真實值,而測其交流內阻可免除極化內阻的影響,得出真實的內值。

對鋰離子電池而言,電池內阻分為歐姆內阻和極化內阻。 歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內阻是指電化學反應時由極化引起的電阻，包括電化學極極化和濃差極化引起的電阻。

鋰離子電池的實際內阻是指電池在工作時，電流流過電池內部所受到的阻力。電池內阻大，會產生大量焦耳熱引起電池溫度升高，導致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短，對電池性能、壽命等造成嚴重影響。

電池內阻大小的精確計算相當複雜，而且在電池使用過程中會不斷變化。根據經驗表明，鋰離子電池的體積越大，內阻越小；反之亦然。

用功能塗層對電池導電基材進行表面處理是一項突破性的技術創新，覆碳鋁箔/銅箔就是將分散好的納米導電石墨和碳包覆粒，均勻、細膩地塗覆在鋁箔/銅箔上。它能提供極佳的靜態導電性能，收集活性物質的微電流，從而可以大幅度降低正/負極材料和集流之間的接觸電阻，並能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結劑的使用量，進而使電池的整體性能產生顯著的提升。

導電塗層（塗碳鋁箔）對鋰電池的性能帶來以下提升

1. 降低電池內阻，抑制充放電循環過程中的動態內阻增幅；

2. 顯著提高電池組的一致性，降低電池組成本；

3. 提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片製造成本；

4. 減小極化，提高倍率性能，減低熱效應；

5. 防止電解液對集流體的腐蝕；

6. 綜合因子進而延長電池使用壽命。

7. 塗層厚度：常規單面厚1～3μm。

塗碳鋁箔/銅箔的性能優勢

1.顯著提高電池組使用一致性，大幅降低電池組成本。如：

· 明顯降低電芯動態內阻增幅 ;

· 提高電池組的壓差一致性 ;

· 延長電池組壽命 ;

· 大幅降低電池組成本。

2.提高活性材料和集流體的粘接附著力，降低極片製造成本。如：

· 改善使用水性體系的正極材料和集電極的附著力；

· 改善納米級或亞微米級的正極材料和集電極的附著力；

· 改善鈦酸鋰或其他高容量負極材料和集電極的附著力；

· 提高極片製成合格率,降低極片製造成本。

使用塗碳鋁箔後極片粘附力由原來10gf提高到60gf（用3M膠帶或百格刀法），粘附力顯著提高。

3.減小極化，提高倍率和克容量，提升電池性能。如：

· 部分降低活性材料中粘接劑的比例，提高克容量；

· 改善活性物質和集流體之間的電接觸；

· 減少極化，提高功率性能。

其中C-AL為塗碳鋁箔，E-AL為蝕刻鋁箔，U-AL為光鋁箔。

4.保護集流體，延長電池使用壽命。如：

· 防止集流極腐蝕、氧化；

· 提高集流極表面張力，增強集流極的易塗覆性能；

· 可替代成本較高的蝕刻箔或用更薄的箔材替代原有的標準箔材。

其中（1）為光鋁箔，（2）為蝕刻鋁箔，（3）為塗碳鋁箔。

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