1、內(nèi)阻與極化

內(nèi)阻的定義：電阻表示一個(gè)電路元件對(duì)電流傳遞的阻礙程度的大小。單位是歐姆。

那么內(nèi)阻是怎樣產(chǎn)生的呢，簡(jiǎn)而言之，內(nèi)阻的產(chǎn)生是由于電流在傳遞過(guò)程中受到的阻礙；因此，搞清楚電流在傳遞過(guò)程中有哪些阻礙，則就理清楚了內(nèi)阻的組成。

在這里再介紹一個(gè)概念“極化”；

所謂極化，我個(gè)人把它理解成“電流在傳遞過(guò)程中受到的阻礙”，因此，理清極化，則理清內(nèi)阻。

極化的分類：

（1）       歐姆極化--電池是由電極材料、電解液、隔膜及各部分零件組成，這些部件接觸的部分在通過(guò)一定的電流時(shí)，產(chǎn)生的極化即歐姆極化。

（2）       活化極化—在電池通電后，電極表面的產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)，電子傳輸速度快于電化學(xué)反應(yīng)速度，產(chǎn)生電子堆積，產(chǎn)生極化，又稱電化學(xué)極化

（3）       濃差極化--它是離子的傳輸速度低于電極表面和固體相中反應(yīng)的速度，從而在反應(yīng)表面出現(xiàn)離子濃度差，是物質(zhì)傳遞的結(jié)果，此即為濃差極化。

在這里，我們需要知道，以上幾類極化各自的響應(yīng)速度也不一樣：

歐姆極化>活化極化>濃差極化（對(duì)應(yīng)的時(shí)間為瞬時(shí)、微秒級(jí)、秒級(jí)），因此在充放電過(guò)程中，最先出現(xiàn)的是歐姆極化，其次出現(xiàn)的是活化極化，最后出現(xiàn)的濃差極化。

那么以上是對(duì)極化的簡(jiǎn)單介紹，對(duì)應(yīng)的，歐姆極化產(chǎn)生的即為歐姆內(nèi)阻；活化極化產(chǎn)生的即為活化內(nèi)阻又稱電化學(xué)內(nèi)阻又稱電荷轉(zhuǎn)移阻抗；濃差極化產(chǎn)生的即為濃差內(nèi)阻又稱鋰離子遷移阻抗；

因此，我們需要知道，不同的測(cè)試方法測(cè)出的結(jié)果對(duì)應(yīng)的不同的內(nèi)阻。

2、EIS（電化學(xué)阻抗圖譜）

一階電池等效電路模型如圖1所示，其中Vocv為電池開路電壓，RΩ為歐姆內(nèi)阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移電阻，Cdl為雙電層電容，Rw為鋰離子遷移電阻。

現(xiàn)在我們?cè)O(shè)想一下如何測(cè)試圖1等效電路模型中的電阻：

（1）給電池正負(fù)極之間施加一個(gè)高頻的正弦波電流信號(hào)，Cdl雙電層電容相當(dāng)于導(dǎo)通短路狀態(tài)，高頻正弦波電流不會(huì)造成電極表面物質(zhì)的消耗，即此時(shí)不產(chǎn)生鋰離子遷移，因此Rct、Cdl和Rw都可以忽略，此時(shí)測(cè)試得到的就是RΩ；

（2）將正弦波電流信號(hào)的頻率降低到還不會(huì)造成電極表面物質(zhì)大量消耗的時(shí)候，此時(shí)Rw仍可忽略（實(shí)際情況是有少量消耗，此時(shí)極片表面電化學(xué)反應(yīng)會(huì)正常進(jìn)行），因此，此時(shí)計(jì)算得到的就是Rct和Cdl并聯(lián)內(nèi)阻+RΩ；

(3)將正弦波電流信號(hào)的頻率繼續(xù)降低，例如到0.1Hz，此時(shí)電池表面物質(zhì)被大量消耗，出現(xiàn)大量的離子遷移，產(chǎn)生鋰離子遷移阻抗，因此，此時(shí)計(jì)算得到的就是Rct和Cdl并聯(lián)內(nèi)阻+RΩ+Rw。

若使用電化學(xué)阻抗測(cè)試儀，則會(huì)得出如下奈奎斯特圖：1kHz左右測(cè)得的電阻一般被認(rèn)為是電池的歐姆電阻，1kHz~1Hz左右的半圓弧代表的是電池的Rct和Cdl，1Hz~mHz代表的是電池的擴(kuò)散電阻

3、企業(yè)常見測(cè)試

         一般企業(yè)常用測(cè)試結(jié)果分為兩類（1）交流內(nèi)阻；（2）直流內(nèi)阻

交流內(nèi)阻：交流內(nèi)阻顧名思義就是給就是通過(guò)在電池正負(fù)極注入正弦波電流信號(hào)I=Imaxsin(2πft)，同時(shí)通過(guò)另外兩端在電池正負(fù)極檢測(cè)得到正弦波電壓信號(hào)U=Umaxsin(2πft+ψ)，進(jìn)而可以推導(dǎo)出電池的交流阻抗；通俗一點(diǎn)講，即使用高頻正弦波電流型號(hào)檢測(cè)電池的歐姆內(nèi)阻，因此交流內(nèi)阻一般可以認(rèn)為是電池的歐姆內(nèi)阻；

直流內(nèi)阻：直流內(nèi)阻顧名思義就是給電池施加一個(gè)直流信號(hào)來(lái)測(cè)試電池內(nèi)阻，因此直流內(nèi)阻一般可以認(rèn)為是電池的歐姆內(nèi)阻+電荷轉(zhuǎn)移阻抗+鋰離子遷移阻抗（測(cè)試方法的區(qū)別會(huì)導(dǎo)致濃差極化的不出現(xiàn)，因此也可能只包含歐姆內(nèi)阻+電荷轉(zhuǎn)移阻抗）

針對(duì)交流內(nèi)阻的測(cè)試方法，常見于：

高頻壓降法：1KHz的正弦波電流，來(lái)測(cè)試引起的壓降，計(jì)算內(nèi)阻（企業(yè)OCV測(cè)試、3554電壓內(nèi)阻測(cè)試儀等）

針對(duì)直流內(nèi)資的測(cè)試方法，常見于:

DCR法：使用不同的充電和放電倍率的電流，持續(xù)10S，記錄電壓和電流，形成一條直線，斜率即為內(nèi)阻。

MCCF法：采用持續(xù)時(shí)間為5S的脈沖充放電電流，記錄電壓降，計(jì)算內(nèi)阻。

HPPC法：美國(guó)PNGV規(guī)定，采用連續(xù)的充放電脈沖，測(cè)試引起的壓降，有兩種（放電時(shí)間18秒，充電2S；充放電時(shí)間均為10S）

直流測(cè)試法，一般再用HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)測(cè)試方法，而此中測(cè)試方法的測(cè)試結(jié)果如圖3所示,先施加一個(gè)30s的1C放電脈沖，擱置40s，再施加一個(gè)10s的0.75C充電脈沖。放電內(nèi)阻等于放電壓降與放電電流的商（圖4），充電內(nèi)阻等于充電壓升與充電電流的商（圖5）。

那么通過(guò)上文我們可知，交流內(nèi)阻即為EIS圖譜內(nèi)高頻區(qū)內(nèi)測(cè)得的歐姆內(nèi)阻；直流內(nèi)阻使用充放電時(shí)長(zhǎng)為10S的方波電流，本質(zhì)上與0.1Hz的正弦波電流類似，因此，此時(shí)的直流內(nèi)阻可近似看成為低頻區(qū)測(cè)得的歐姆內(nèi)阻+電荷轉(zhuǎn)移阻抗+鋰離子遷移阻抗