影響鋰離子電池極化的因素有哪些

來源：存能電氣  日期：2019-06-10 10:34  瀏覽量：次

　　影響鋰離子電池極化的因素有哪些？鋰電池在充放電過程中是存在極化的，通常可將鋰離子電池極化分為歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化三類。幾類極化各自的響應(yīng)速度也不一樣。影響極化程度的因素很多，但一般情況下充放電電流密度越大，極化也就越大。

　　什么是鋰離子電池的極化？

　　當(dāng)電池有電流通過，使電位偏離了平衡電位的現(xiàn)象，稱為電極極化。過電勢就是實(shí)際電勢與平衡電勢的差值，被用來衡量極化的程度。電池極化現(xiàn)象在常見電池如鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池中均存在。

　　(1)歐姆極化

　　顧名思義，有鋰離子電池的歐姆內(nèi)阻引起的極化，叫歐姆極化，也成電阻極化。電池的歐姆內(nèi)阻(R)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，通過一定的電流時(shí)，其極化電勢可以計(jì)算，E=IR(歐)。

　　(2)電化學(xué)極化

　　指由于正、負(fù)極上電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運(yùn)動速度而造成的極化。電化學(xué)極化一般認(rèn)為是微秒級的。

　　(3)濃差極化

　　指由于參與反應(yīng)的鋰離子在固相中的擴(kuò)散速度小于電化學(xué)反應(yīng)速度而造成的極化。濃差極化一般認(rèn)為是秒級的。

　　影響鋰離子電池極化的因素有哪些？

　　鋰離子電池實(shí)質(zhì)上是一種鋰離子濃差電池，鋰離子電池的充放電過程為鋰離子在正負(fù)極的嵌入、脫出的過程。影響鋰離子電池極化的因素包括：

　　1.電解液的影響：電解液電導(dǎo)率低是鋰離子電池極化發(fā)生的主要原因。在一般溫度范圍內(nèi)，鋰離子電池用電解液的電導(dǎo)率一般只有0.01～0.1S/cm,，是水溶液的百分之一。因此，鋰離子電池在大電流放電時(shí)，來不及從電解液中補(bǔ)充Li+，會發(fā)生極化現(xiàn)象。提高電解液的導(dǎo)電能力是改善鋰離子電池大電流放電能力的關(guān)鍵因素。

　　2.正負(fù)極材料的影響：正負(fù)極材料顆粒大鋰離子擴(kuò)散到表面的通道加長，不利于大倍率放電。

　　3.導(dǎo)電劑：導(dǎo)電劑的含量是影響高倍率放電性能的重要因素。如果正極配方中的導(dǎo)電劑含量不足，大電流放電時(shí)電子不能及時(shí)地轉(zhuǎn)移，極化內(nèi)阻迅速增大，使電池的電壓很快降低到放電截止電壓。

　　4.極片設(shè)計(jì)的影響：

　　極片厚度：大電流放電的情況下，活性物質(zhì)反應(yīng)速度很快，要求鋰離子能在材料中迅速的嵌入、脫出，若是極片較厚，鋰離子擴(kuò)散的路徑增加，極片厚度方向會產(chǎn)生很大的鋰離子濃度梯度。

　　壓實(shí)密度：極片的壓實(shí)密度較大，孔隙變得更小，則極片厚度方向鋰離子運(yùn)動的路徑更長。另外，壓實(shí)密度過大，材料與電解液之間接觸面積減小，電極反應(yīng)場所減少，電池內(nèi)阻也會增大。

　　5.SEI膜的影響：SEI膜的形成增加了電極/電解液界面的電阻，造成電壓滯后即極化。

　　不同充電模式對鋰電池極化特性影響不一樣，大電流快速充電會引發(fā)電池內(nèi)部嚴(yán)重的極化現(xiàn)象。電池極化會抬高電池端電壓，造成電池充不滿電，延長充電時(shí)間，嚴(yán)重極化還會引起電池嚴(yán)重發(fā)熱和負(fù)極表面鋰結(jié)晶等，影響電池安全和使用壽命。