鉅大LARGE | 點擊量：2601次 | 2021年04月22日
鋰電池生產(chǎn)過程中哪些因素影響電池內(nèi)阻？
鋰電池生產(chǎn)的最后一道工序是對鋰電池進行分級、篩選，以保證組成電池模組的電池一致性好，電池模組的性能優(yōu)異。眾所周知，使用一致性高的電池組成的模組，使用壽命更長，一致性不好的電池模組由于水桶效應(yīng)，容易出現(xiàn)過充過放現(xiàn)象，電池壽命衰減加快。例如，電池容量不一致會使電池組各單體電池放電深度不一致。容量較小、性能較差的電池將提前達到滿充電狀態(tài)，造成容量大、性能好的電池不能達到滿充電狀態(tài)。電池電壓的不一致將導(dǎo)致并聯(lián)電池組中單體電池互充電，電壓較高的電池將給電壓較低的電池充電，這會加快電池性能的衰減，損耗整個電池組的能量。自放電速率大的電池容量損失大，電池自放電速率的不一致將導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)、電壓產(chǎn)生差異，影響電池組的性能。等等這些電池間的差異，長期的使用下去會影響整個模組的使用壽命。
圖1.OCV-工作電壓-極化電壓關(guān)系圖
電池的分級、篩選就是為了避免不一致的電池同時流出。其中電池內(nèi)阻和自放電測試是必檢項。一般來講電池內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成，包括電子阻抗、離子阻抗以及接觸阻抗。極化內(nèi)阻是指電化學(xué)反應(yīng)時由極化引起的電阻，包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。電池的歐姆內(nèi)阻由電池的總電導(dǎo)率決定，電池的極化內(nèi)阻由鋰離子在電極活性材料中的固相擴散系數(shù)決定?？傮w上看來，鋰電池的內(nèi)阻離不開工藝設(shè)計、材料本身、環(huán)境等幾大方面，下面將對其進行分析解讀。
一、工藝設(shè)計方面
（1）正、負極配方導(dǎo)電劑含量低，導(dǎo)致電子在材料和集流體間傳輸阻抗大，即電子阻抗高。鋰電池使用過程發(fā)熱就會快。但是，這個是由電池的設(shè)計來決定的，例如功率型電池要考慮到倍率性能，就需要導(dǎo)電劑的比例高一點，適合大倍率充放電。容量性電池則考慮容量多一點，正負極材料比例會高一點。都是在電池設(shè)計之初就決定的，不能輕易改變。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（2）正、負極配方中粘結(jié)劑過多，粘結(jié)劑一般是高分子材料（PVDF、SBR、CMC等），絕緣性能較強。原始配比中粘結(jié)劑比例高了雖然有利于提高極片的剝離強度，但是對內(nèi)阻不利。在電池設(shè)計時盡量要協(xié)調(diào)粘結(jié)性和粘結(jié)劑用量的關(guān)系，這就要將注意力集中在粘結(jié)劑的分散上，即漿料制備工藝，盡量保證粘結(jié)劑分散均勻。
（3）配料分散不均勻，導(dǎo)電劑未充分分散，未組成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖2所示，其中A為導(dǎo)電劑分散不良的情況，B是分散良好的情況。導(dǎo)電劑添加量相同時，攪拌工藝的變化會影響到導(dǎo)電劑的分散，對于電池的內(nèi)阻影響較大。
圖2.導(dǎo)電劑分散不良（A）導(dǎo)電劑分散均勻（B）
（4）粘結(jié)劑溶解不完全，有部分膠團顆粒存在，導(dǎo)致電池內(nèi)阻高。無論是干混、半干混抑或濕混工藝，都要求粘結(jié)劑粉末完全溶解，不能過于追求效率，而忽略了粘結(jié)劑需要一定時間才能充分溶解的客觀要求。
（5）極片壓實密度會對電池內(nèi)阻有影響。極片壓實密度小，極片內(nèi)部顆粒之間孔隙率高，不利于電子的傳輸，電池內(nèi)阻就高。極片壓實過大時，可能會造成電極粉體顆粒過壓破碎，破碎后電子傳輸路徑變長，反而不利于電池充放電性能。選擇合適的壓實密度很重要。
（6）正負極極耳與集流體焊接不良，出現(xiàn)虛焊，電池內(nèi)阻高。焊接時要選擇合適的焊接參數(shù)，通過DOE來實現(xiàn)焊接參數(shù)，如焊接功率、振幅、時間等的最優(yōu)，以焊接強度、外觀等來判定焊接的好壞。
（7）卷繞不良或疊片不良，隔膜、正極片、負極片之間的間隙較大，離子阻抗大。
（8）電池電解液未充分浸潤正負極極片、隔膜，電解液設(shè)計余量不足，也會導(dǎo)致電池離子阻抗大。
（9）化成工藝不良，石墨負極表面SEI不穩(wěn)定，影響電池內(nèi)阻。
（10）其它，例如封裝不良、極耳極柱焊接不良、電池漏液、水分含量高等都對鋰電池的內(nèi)阻有較大影響。
二、材料方面
（1）正負極材料本身電阻大。
（2）隔膜材料影響。例如隔膜厚度、孔隙率大小、孔徑大小等。厚度與內(nèi)阻有關(guān)，越薄內(nèi)阻越小，從而實現(xiàn)大功率充放電。在一定的機械強度下盡可能小，越厚穿刺強度越好。隔膜孔隙率大小、孔徑大小等與離子傳輸?shù)淖杩褂嘘P(guān)?？讖教黾与x子阻抗，孔徑太大的話可能無法完全隔離微細的正負極粉末，容易導(dǎo)致短路或被鋰枝晶刺穿發(fā)生短路。
（3）電解液材料影響。電解液的離子電導(dǎo)率、粘度等與離子阻抗有關(guān)，離子傳輸阻抗越大，電池內(nèi)阻就越大，充放電過程中就極化越嚴重。
（4）正極PVDF材料影響。PVDF添加比例高或分子量大時，也會造成鋰電池內(nèi)阻高。
（5）正極導(dǎo)電劑材料影響。導(dǎo)電劑的種類選擇也比較關(guān)鍵，例如SP、KS、導(dǎo)電石墨、CNT、石墨烯等由于形貌不同，用于鋰電池中導(dǎo)電的性能差異比較大，選擇導(dǎo)電率高、且適合使用的導(dǎo)電劑是非常重要的。
（6）正負極極耳材料的影響。極耳厚度薄導(dǎo)電性就差，使用的材料純度不高，導(dǎo)電性也差，電池內(nèi)阻高。
（7）銅箔被氧化焊接不良，鋁箔材料導(dǎo)電性差或表面有氧化物，這些也會導(dǎo)致電池內(nèi)阻高。
三、其他方面
（1）內(nèi)阻測試儀器偏差。儀器要定時校驗，防止儀器不準確造成的測試結(jié)果不準。
（2）人為操作不妥造成的電池內(nèi)阻異常。
（3）生產(chǎn)環(huán)境不佳，例如粉塵、水分控制不嚴格。車間粉塵超標，會導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大，自放電加重。車間水分高，也會不利于鋰電池性能。
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