钜大LARGE | 点击量：2581次 | 2021年04月22日
锂电池生产过程中哪些因素影响电池内阻？
锂电池生产的最后一道工序是对锂电池进行分级、筛选，以保证组成电池模组的电池一致性好，电池模组的性能优异。众所周知，使用一致性高的电池组成的模组，使用寿命更长，一致性不好的电池模组由于水桶效应，容易出现过充过放现象，电池寿命衰减加快。例如，电池容量不一致会使电池组各单体电池放电深度不一致。容量较小、性能较差的电池将提前达到满充电状态，造成容量大、性能好的电池不能达到满充电状态。电池电压的不一致将导致并联电池组中单体电池互充电，电压较高的电池将给电压较低的电池充电，这会加快电池性能的衰减，损耗整个电池组的能量。自放电速率大的电池容量损失大，电池自放电速率的不一致将导致电池荷电状态、电压产生差异，影响电池组的性能。等等这些电池间的差异，长期的使用下去会影响整个模组的使用寿命。
图1.OCV-工作电压-极化电压关系图
电池的分级、筛选就是为了避免不一致的电池同时流出。其中电池内阻和自放电测试是必检项。一般来讲电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，包括电子阻抗、离子阻抗以及接触阻抗。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定，电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定。总体上看来，锂电池的内阻离不开工艺设计、材料本身、环境等几大方面，下面将对其进行分析解读。
一、工艺设计方面
（1）正、负极配方导电剂含量低，导致电子在材料和集流体间传输阻抗大，即电子阻抗高。锂电池使用过程发热就会快。但是，这个是由电池的设计来决定的，例如功率型电池要考虑到倍率性能，就需要导电剂的比例高一点，适合大倍率充放电。容量性电池则考虑容量多一点，正负极材料比例会高一点。都是在电池设计之初就决定的，不能轻易改变。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
（2）正、负极配方中粘结剂过多，粘结剂一般是高分子材料（PVDF、SBR、CMC等），绝缘性能较强。原始配比中粘结剂比例高了虽然有利于提高极片的剥离强度，但是对内阻不利。在电池设计时尽量要协调粘结性和粘结剂用量的关系，这就要将注意力集中在粘结剂的分散上，即浆料制备工艺，尽量保证粘结剂分散均匀。
（3）配料分散不均匀，导电剂未充分分散，未组成良好的导电网络结构。如图2所示，其中A为导电剂分散不良的情况，B是分散良好的情况。导电剂添加量相同时，搅拌工艺的变化会影响到导电剂的分散，对于电池的内阻影响较大。
图2.导电剂分散不良（A）导电剂分散均匀（B）
（4）粘结剂溶解不完全，有部分胶团颗粒存在，导致电池内阻高。无论是干混、半干混抑或湿混工艺，都要求粘结剂粉末完全溶解，不能过于追求效率，而忽略了粘结剂需要一定时间才能充分溶解的客观要求。
（5）极片压实密度会对电池内阻有影响。极片压实密度小，极片内部颗粒之间孔隙率高，不利于电子的传输，电池内阻就高。极片压实过大时，可能会造成电极粉体颗粒过压破碎，破碎后电子传输路径变长，反而不利于电池充放电性能。选择合适的压实密度很重要。
（6）正负极极耳与集流体焊接不良，出现虚焊，电池内阻高。焊接时要选择合适的焊接参数，通过DOE来实现焊接参数，如焊接功率、振幅、时间等的最优，以焊接强度、外观等来判定焊接的好坏。
（7）卷绕不良或叠片不良，隔膜、正极片、负极片之间的间隙较大，离子阻抗大。
（8）电池电解液未充分浸润正负极极片、隔膜，电解液设计余量不足，也会导致电池离子阻抗大。
（9）化成工艺不良，石墨负极表面SEI不稳定，影响电池内阻。
（10）其它，例如封装不良、极耳极柱焊接不良、电池漏液、水分含量高等都对锂电池的内阻有较大影响。
二、材料方面
（1）正负极材料本身电阻大。
（2）隔膜材料影响。例如隔膜厚度、孔隙率大小、孔径大小等。厚度与内阻有关，越薄内阻越小，从而实现大功率充放电。在一定的机械强度下尽可能小，越厚穿刺强度越好。隔膜孔隙率大小、孔径大小等与离子传输的阻抗有关。孔径太小会增加离子阻抗，孔径太大的话可能无法完全隔离微细的正负极粉末，容易导致短路或被锂枝晶刺穿发生短路。
（3）电解液材料影响。电解液的离子电导率、粘度等与离子阻抗有关，离子传输阻抗越大，电池内阻就越大，充放电过程中就极化越严重。
（4）正极PVDF材料影响。PVDF添加比例高或分子量大时，也会造成锂电池内阻高。
（5）正极导电剂材料影响。导电剂的种类选择也比较关键，例如SP、KS、导电石墨、CNT、石墨烯等由于形貌不同，用于锂电池中导电的性能差异比较大，选择导电率高、且适合使用的导电剂是非常重要的。
（6）正负极极耳材料的影响。极耳厚度薄导电性就差，使用的材料纯度不高，导电性也差，电池内阻高。
（7）铜箔被氧化焊接不良，铝箔材料导电性差或表面有氧化物，这些也会导致电池内阻高。
三、其他方面
（1）内阻测试仪器偏差。仪器要定时校验，防止仪器不准确造成的测试结果不准。
（2）人为操作不妥造成的电池内阻异常。
（3）生产环境不佳，例如粉尘、水分控制不严格。车间粉尘超标，会导致电池的内阻增大，自放电加重。车间水分高，也会不利于锂电池性能。
上一篇：锂电池充电管理芯片有哪些？
