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当电流通过电极时,电极偏离平衡电极电位的现象称为电池极化,极化产生过电位。 根据极化的原因,极化可分为欧姆极化、浓差极化和电化学极化,
(1)欧姆极化:由电池连接的各部分电阻引起。 它的压降遵循欧姆定律。 当电流减小时,极化立即减小,电流停止后立即消失。
(2)电化学极化:极化是由电极表面缓慢的电化学反应引起的。 随着电流的减少,它以微秒为单位显着减少。
(3)浓差极化:由于离子在溶液中扩散过程缓慢,在一定电流作用下,电极表面与溶液体之间的浓度差引起极化。 随着电流的减小,这种极化在宏观秒级别(从几秒到几十秒)减少或消失。
电池的内阻随着电池放电电流的增大而增大,主要是因为大的放电电流增加了电池的极化趋势,放电电流越大,极化趋势越明显,如图2所示。 根据欧姆定律:V=E0-I×RT,内阻RT增加,电池电压达到放电截止电压所需时间相应减少,因此放电容量也减少。
锂离子电池本质上是一种锂离子浓缩电池。 锂离子电池的充放电过程就是锂离子在正负极处嵌入和脱出的过程。 影响锂离子电池极化的因素包括:
(1)电解液的影响:电解液电导率低是锂离子电池极化的主要原因。 在一般温度范围内,锂离子电池电解液的电导率一般只有0.01~0.1S/cm,是水溶液的百分之一。 因此,锂离子电池在大电流放电时,来不及从电解液中补充Li+,就会发生极化。 提高电解液的导电性是提高锂离子电池大电流放电容量的关键因素。
(2)正负极材料的影响:正负极材料锂离子大颗粒向表面扩散的通道较长,不利于大倍率放电。
(3)导电剂:导电剂的含量是影响高倍率放电性能的重要因素。 如果正极配方中导电剂含量不足,大电流放电时电子不能及时转移,内极化电阻迅速增大,使电池电压迅速下降至放电截止电压。
(4)极板设计的影响:
极板厚度:在大电流放电的情况下,活性物质的反应速度非常快,这就要求锂离子能够在材料中快速嵌入和脱除。 如果极板厚,锂离子扩散路径增加,极板厚度方向会产生较大的锂离子浓度梯度。
压实密度:极片的压实密度越大,孔隙越小,锂离子在极片厚度方向的运动路径就越长。 此外,如果压实密度过大,材料与电解液的接触面积会减少,电极反应位点会减少,电池的内阻也会增加。
(5)SEI膜的影响:SEI膜的形成增加了电极/电解质界面的电阻,导致电压滞后,即极化。
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