发表于 :2015/11/26 10:57:01
(1) 锂电池内阻种类
锂电池内阻包含：欧姆内阻、电化学极化内阻、浓差极化内阻。极化内阻是导致电池充放电内阻差异的关键。
①欧姆内阻:源于电极材料、电解液、隔膜、集流体及引线的离子、电子阻抗。其阻值相对稳定，受充放电状态影响小，但与温度及电池健康状态强相关。
②电化学极化内阻:由电极界面锂离子得失电子的反应速率决定（需克服“能垒”，类似推车上坡需要额外的力），与电流大小和温度相关。
③浓差极化内阻:由锂离子在电极、电解液中扩散速率决定。大电流工作时，电极表面与内部离子浓度差形成阻力（类似“堵车”）。
(2) 充放电内阻差异
锂离子如同车辆进出的“停车场”（电极材料）：充电时离子从正极驶入负极；放电时离子从负极驶出到正极。
放电内阻（较大）原因:
① 负极锂离子“脱嵌”需克服较高能量势垒（电化学极化高）；
② 放电末期负极锂离子稀薄，浓差极化显著增大；
③ SEI膜对离子向外迁移阻碍更强。
放电如“出门”，需克服惰性，初始阻力更大。
充电内阻（相对较小）原因:
① 负极锂离子“嵌入”石墨结构顺畅（电化学极化低）；
② 外电场助力离子迁移；
③ 充电中前期负极空位充足，浓差极化小（末期急剧增大）。
充电如“回家”，路径熟悉，阻力较小。
另外，充电末期（接近满电）浓差极化剧增，需转为恒压充电。
| 特性 | 充电过程 | 放电过程 |
|---|---|---|
| 表现内阻 | 相对较小（直到充电末期） | 相对较大 |
| 主要原因 | 锂离子嵌入负极相对容易；外电场辅助。 | 锂离子从负极脱嵌需要更多能量；扩散路径受限。 |
| 极化表现 | 电化学极化较小；浓差极化在末期剧增。 | 电化学极化较大；浓差极化在末期也很大。 |
| 欧姆内阻 | 基本不变，受温度影响。 | 基本不变，受温度影响。 |
| 形象比喻 | 开车回家入库；相对顺畅 | 开车从车库出发 ；启动阻力大 |
(3)实际意义
①温升差异:同电流下，放电发热量更大（P = I²R）。
②效率差异:放电内阻大使电压降更大，可用容量减小。
③电池管理（BMS）:BMS需考虑此不对称性估算SOC/SOH；充电末期阻值剧增是防过充信号。
④测量方法:交流内阻法主要测欧姆内阻；直流内阻法包含极化内阻，故测得的充/放电内阻值不同。
(4)粗略测量方法
①充电内阻：R = (V2 - V1) / I (V1:空载电压, V2:充电时电压, I:充电电流)。例如: 空载3.6V，恒流充电3.7V (I=50mA)；则 R= (3.7-3.6)/0.05 = 2Ω。同时充电过程电压非线性升高。
②放电内阻：R = (V1 - V2) / I (V1:空载电压, V2:放电时电压, I:放电电流)。例如: 空载3.8V，恒流放电3.75V (I=50mA)；则 R= (3.8-3.75)/0.05 = 1Ω。同时放电过程电压非线性降低。
(5)锂电池IEC测试方法
电池满充电后，以0.2C放电10s，测试电压为U1，电流I1。然后以1C放电1s，此时电压为U2，电流I2。那么电流直流内阻为：
(6) 电量（SOC）对内阻的影响
①高SOC (90%-100%):内阻剧增。原因：负极嵌锂位点饱和，再塞新的锂离子（充电难+ 正极锂耗尽结构稳定性下降，离子脱出/嵌入的阻力也变大。②中等SOC (20%-80%):内阻最低，稳定。原因：电极材料离子传输空间充足。③低SOC (0%-20%):内阻显著增大。原因：负极可脱嵌锂离子少，放电变得困难+ 离子浓度低（离子电导率下降，浓差极化增加）+ 电压平台陡降，电压波动敏感即：锂电池内阻在中等电量（20%-80% SOC）区间最小且稳定，适合电池工作。电量极高（>90%）或极低（<20%）时，内阻均会显著增大。
