鋰離子電池工作過(guò)程

鋰離子電池充放電過(guò)程的物理模型。藍(lán)色箭頭表示充電，紅色箭頭表示放電。藍(lán)綠相間的晶格結(jié)構(gòu)為正極材料，黑色層狀為負(fù)極材料。目前主流的鋰離子電池，一般按照正極材料類(lèi)型命名，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極材料的類(lèi)型；負(fù)極為石墨材質(zhì)；正極集流體鋁箔，負(fù)極集流體為銅箔。

下面以放電為例，描述一下鋰離子電池放電時(shí)的物理過(guò)程。

外部負(fù)載接通后，在電池本體以外形成電流通路。由于正負(fù)極之間存在電勢(shì)差，負(fù)極附近的電子首先通集流體和外部導(dǎo)線(xiàn)向正極移動(dòng)；負(fù)極周?chē)匿囯x子濃度升高。從負(fù)極經(jīng)過(guò)外部電路到達(dá)正極的電子，與正極附近的鋰離子結(jié)合，嵌入正極材料，正極附近的鋰離子濃度降低。正負(fù)極之間的鋰離子濃度差形成。這樣，就完成了電池放電過(guò)程的第一推動(dòng)。

隨著鋰離子在離子濃度差的推動(dòng)下離開(kāi)負(fù)極，負(fù)極附近出現(xiàn)空缺，負(fù)極材料內(nèi)的鋰離子，從負(fù)極脫嵌，進(jìn)入電解液中；大量鋰離子從電解液中穿越隔膜，自負(fù)極向正極移動(dòng)。同時(shí)，原本與鋰離子以結(jié)合形態(tài)存在的電子，則通過(guò)外部電路去往正極。電池開(kāi)始了按照負(fù)載的需求進(jìn)行的放電過(guò)程。

充電是放電的逆過(guò)程，同樣的脫嵌，移動(dòng)，嵌入幾個(gè)階段，只是推動(dòng)過(guò)程發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自于充電機(jī)，而離子的運(yùn)動(dòng)方向是自正極向負(fù)極運(yùn)動(dòng)。這里不再贅述。

鋰離子電池內(nèi)阻構(gòu)成

了解了鋰離子電池的工作過(guò)程，那么過(guò)程中的阻礙因素，便形成了鋰離子電池的內(nèi)阻。

電池的內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下，歐姆電阻基本穩(wěn)定不變，而極化電阻會(huì)隨著影響極化水平的因素變動(dòng)。

歐姆電阻重要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、連接方式等有關(guān)。

極化電阻，加載電流的瞬間才出現(xiàn)的電阻，是電池內(nèi)部各種阻礙帶電離子抵達(dá)目的地的趨勢(shì)總和。極化電阻可以分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反應(yīng)的速度無(wú)法達(dá)到電子的移動(dòng)速度造成的；濃差極化，是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極材料并在材料中移動(dòng)的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度造成的。