极化电池技术

当电池有电流通过，使电极偏离了平衡电极电位的现象，称为电极极化。电池极化现象在常见电池如铅酸电池、锂电池、镍氢电池中均存在。

通电前和通电后电极电位的差叫作过电位差。平衡电极电位是一个没有电流流过时，静止的、相对理想化的状态时的一个电极电位。电池极化就是由于电流的流动，而打破静止状态后，实际电极电位偏离了平衡电极电位的现象。

简介阳极电流产生的电极极化叫作阳极极化；阴极电流产生的电极极化叫阴极极化。在电极单位面积上通过的电流越大，偏离平衡电极电位越严重。比如说铁生锈，是因为铁内部有杂质（通常是C）在电解质溶液中铁就会做负极，而碳做正极，加速了铁的腐蚀。1

分类根据极化产生的原因，极化可以分成三种：电化学极化、浓度极化和欧姆极化。

1、电化学极化是由各种类型的电化学本身不可逆引起的极化；

2、浓度极化是由于反应物消耗引起电极表面得不到及时补充（或是某种产物在电极表面积累，不能及时疏散），例如氢在电池正极的积累，导致电极电势偏离通电前按总体浓度计算的平均值；

3、欧姆极化是由于电解液、电极材料以及导电材料之间存在的接触电阻所引起的极化。

以上三种极化是电化学反应的阻力。因此，电池的内阻为欧姆内阻、电化学极化内阻与浓度极化内阻之和。1

影响锂离子电池极化的因素1、电解液的影响：电解液电导率低是锂离子电池极化发生的主要原因。锂离子电池用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+，会发生极化现象。提高电解液的导电能力是改善锂离子蓄电池大电流放电能力的关键因素。

2、正负极材料的影响：正极材料颗粒大锂离子扩散到表面的通道加长，不利于大倍率放电，

3、导电剂：正极导电剂的含量是影响高倍率放电性能的关键因素。正常电池不能进行高倍率放电的主要原因是,正常正极配方中的导电剂含量不足,大电流放电时电子不能及时地转移,极化内阻迅速增大,使电池的电压很快降低到放电终止电压。

4、极片厚度的影响：大电流放电的情况下，活性物质反应速度很快，要求离子能在材料中迅速的嵌入、脱出，若是极片较厚，无疑加长了离子运动的路径，增大了离子运动的阻力。但如果极片的压实密度较大，则活性物质内部离子运动的小路径、小孔隙变得更小。由于电池内阻增大与材料孔隙率减小有顺便关系，因此压实密度过大，材料与电解液之间接触面减小，电池内阻就会增大。制浆过程时间过短，浆料不匀，电池在充放电的过程中有可能出现锂离子扩散速度缓慢，大电流充放电时，极化大、电阻大，电池安全性差的情况而制浆过程时间过长，浆料过细，电池的内阻则过大。其次，涂布厚度及其均一性也影响到锂离子在活性物质中的嵌入和脱出。例如负极膜较厚，不均一，因充电过程各处极化大小不同，就有可能发生金属锂在负极表面局部沉积的情况。正极片压实密度对倍率放电性能有影响，压实密度过大放电容量低，大倍率放电时放电容量少，但压实密度小未必放电容量高。

5、SEI膜的影响：SEI 膜的形成增加了电极/电解液界面的电阻，造成电压滞后即极化，化成电压在2.5V以上时生成SEI膜，电压在3.0~3.5V是SEI膜生成的主要阶段。电池的内阻随电池放电电流的增大而增大，这主要是由于大的放电电流使得电池的极化趋势增大，并且放电电流越大，则极化的趋势就越明显，根据欧姆定律：V=E0-I×RT，内部整体电阻的增加，则电池电压达到放电截止电压所需要的时间也相应减少，故放出的容量也减少。2

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学