With the use of lithium batteries, battery performance continues to decay, mainly as capacity decay, internal resistance increase, power drop, etc. The change of battery internal resistance is affected by various usage conditions such as temperature and discharge depth. Therefore, the factors that affect the internal resistance of the battery are described in terms of battery structure design, raw material performance, manufacturing process and use conditions.

Weerstand is die weerstand wat die litiumbattery ontvang wanneer die stroom binne die battery vloei wanneer dit werk. Oor die algemeen word die interne weerstand van litiumbatterye verdeel in ohmiese interne weerstand en polarisasie interne weerstand. Die ohmiese interne weerstand bestaan ​​uit elektrodemateriaal, elektroliet, diafragmaweerstand en die kontakweerstand van elke deel. Polarisasie interne weerstand verwys na die weerstand wat veroorsaak word deur polarisasie tydens elektrochemiese reaksie, insluitend elektrochemiese polarisasie interne weerstand en konsentrasie polarisasie interne weerstand. Die ohmiese interne weerstand van die battery word bepaal deur die totale geleidingsvermoë van die battery, en die polarisasie interne weerstand van die battery word bepaal deur die vastefase diffusiekoëffisiënt van litiumione in die elektrode aktiewe materiaal.

Ohm weerstand

Die ohmiese weerstand word hoofsaaklik in drie dele verdeel, een is ioniese impedansie, die ander is elektroniese impedansie, en die derde is kontakimpedansie. Ons hoop dat die interne weerstand van die litiumbattery so klein as moontlik is, daarom moet ons spesifieke maatreëls tref om die ohmiese interne weerstand vir hierdie drie items te verminder.

Ioon impedansie

Lithium battery ion resistance refers to the resistance to the transmission of lithium ions inside the battery. In a lithium battery, the lithium ion migration speed and the electron conduction speed play an equally important role, and the ion resistance is mainly affected by the positive and negative electrode materials, the separator, and the electrolyte. To reduce ion impedance, you need to do the following:

Ensure that the positive and negative materials and electrolyte have good wettability

Dit is nodig om ‘n geskikte verdigtingsdigtheid te kies wanneer die paalstuk ontwerp word. As die verdigtingsdigtheid te groot is, is die elektroliet nie maklik om te infiltreer nie, wat die ioonweerstand sal verhoog. Vir die negatiewe poolstuk, as die SEI-film wat op die oppervlak van die aktiewe materiaal gevorm word tydens die eerste lading en ontlading te dik is, sal dit ook die ioonweerstand verhoog. Op hierdie tydstip is dit nodig om die vormingsproses van die battery aan te pas om dit op te los.

Invloed van elektroliet

Die elektroliet moet die toepaslike konsentrasie, viskositeit en geleidingsvermoë hê. Wanneer die viskositeit van die elektroliet te hoog is, is dit nie bevorderlik vir die infiltrasie tussen die elektroliet en die aktiewe materiale van die positiewe en negatiewe elektrodes nie. Terselfdertyd benodig die elektroliet ook ‘n lae konsentrasie, te hoë konsentrasie is ook nie bevorderlik vir sy vloei en infiltrasie nie. Die geleidingsvermoë van die elektroliet is die belangrikste faktor wat ioonweerstand beïnvloed, wat die migrasie van ione bepaal.

Invloed van diafragma op ioonweerstand

The main influencing factors of the diaphragm on the ion resistance are: electrolyte distribution in the diaphragm, diaphragm area, thickness, pore size, porosity, and tortuosity coefficient. For ceramic diaphragms, it is also necessary to prevent ceramic particles from blocking the pores of the diaphragm, which is not conducive to the passage of ions. While ensuring that the electrolyte is fully infiltrated into the diaphragm, there should be no excess electrolyte remaining in it, which reduces the efficiency of the electrolyte.

Elektroniese impedansie

Daar is baie beïnvloedende faktore van elektroniese impedansie, wat verbeter kan word uit aspekte soos materiale en prosesse.

Positive and negative plates

The main factors affecting the electronic impedance of the positive and negative plates are: the contact between the active material and the current collector, the factors of the active material itself, and the parameters of the plate. The active material should be in full contact with the current collector surface, which can be considered from the current collector copper foil, aluminum foil base material, and the adhesion of the positive and negative electrode pastes. The porosity of the living material itself, the by-products on the surface of the particles, and the uneven mixing with the conductive agent, etc., will cause the electronic impedance to change. Polar plate parameters such as the density of living matter is too small, the gap between the particles is too large, which is not conducive to electron conduction.

Diafragma

Die hooffaktore wat die elektroniese impedansie van die diafragma beïnvloed, is: diafragmadikte, porositeit en neweprodukte in die laai- en ontladingsproses. Die eerste twee is maklik om te verstaan. Nadat die battery uitmekaar gehaal is, word ‘n dik laag bruin materiaal dikwels op die skeier gevind, insluitend die grafiet negatiewe elektrode en sy reaksie neweprodukte, wat die diafragma porieë sal blokkeer en die dienslewe van die battery sal verminder.

Huidige versamelaar substraat

The material, thickness, width of the current collector and the degree of contact with the tabs all affect the electronic impedance. The current collector needs to choose a substrate that has not been oxidized and passivated, otherwise it will affect the impedance. Poor welding between copper and aluminum foil and tabs will also affect electronic impedance.

Kontakweerstand

Die kontakweerstand word gevorm tussen die kontak tussen die koper- en aluminiumfoelie en die aktiewe materiaal, en aandag moet gegee word aan die adhesie van die positiewe en negatiewe elektrodepasta.

Gepolariseerde interne weerstand

When current passes through the electrodes, the phenomenon that the electrode potential deviates from the equilibrium electrode potential is called electrode polarization. Polarization includes ohmic polarization, electrochemical polarization and concentration polarization. Polarization resistance refers to the internal resistance caused by the polarization of the positive electrode and the negative electrode of the battery during the electrochemical reaction. It can reflect the internal consistency of the battery, but it is not suitable for production due to the influence of the operation and method. The internal polarization resistance is not constant, and it changes with time during the charging and discharging process. This is because the composition of the active material, the concentration and temperature of the electrolyte are constantly changing. The ohmic internal resistance obeys Ohm’s law, and the polarization internal resistance increases with the increase of the current density, but it is not a linear relationship. It often increases linearly as the logarithm of the current density increases.

Strukturele ontwerp invloed

In die batterystruktuurontwerp, benewens die klink en sweiswerk van die batterystruktuur self, beïnvloed die aantal, grootte en ligging van die batteryoortjies die interne weerstand van die battery direk. In ‘n sekere mate kan die verhoging van die aantal oortjies die interne weerstand van die battery effektief verminder. Die posisie van die oortjies beïnvloed ook die interne weerstand van die battery. Die interne weerstand van die gewikkelde battery met die oortjieposisie aan die kop van die positiewe en negatiewe poolstukke is die grootste. In vergelyking met die gewikkelde battery, is die gelamineerde battery gelykstaande aan dosyne klein batterye in parallel. , Sy interne weerstand is kleiner.

Grondstof prestasie impak

Positive and negative active materials

In litiumbatterye is die positiewe elektrodemateriaal die litiumbergingskant, wat meer die werkverrigting van die litiumbattery bepaal. Die positiewe elektrodemateriaal verbeter hoofsaaklik die elektroniese geleidingsvermoë tussen deeltjies deur bedekking en doping. Dotering met Ni verhoog byvoorbeeld die sterkte van die PO-binding, stabiliseer die struktuur van LiFePO4/C, optimaliseer die selvolume, en kan effektief die lading-oordragweerstand van die positiewe elektrodemateriaal verminder. Die aansienlike toename in aktiveringspolarisasie, veral die aktiveringspolarisasie van die negatiewe elektrode, is die hoofrede vir die ernstige polarisasie. Die vermindering van die partikelgrootte van die negatiewe elektrode kan die aktiewe polarisasie van die negatiewe elektrode effektief verminder. Wanneer die vastefase-deeltjiegrootte van die negatiewe elektrode met die helfte verminder word, kan die aktiewe polarisasie met 45% verminder word. Daarom, in terme van battery-ontwerp, is navorsing oor die verbetering van die positiewe en negatiewe materiale self ook onontbeerlik.

Geleidende agent

Grafiet en koolstofswart word wyd gebruik in die veld van litiumbatterye vanweë hul goeie eienskappe. In vergelyking met grafiet-gebaseerde geleidende middel, het die positiewe elektrode met koolstofswart-gebaseerde geleidende middel beter batterytempo werkverrigting, omdat grafiet-gebaseerde geleidende middel ‘n skilferige deeltjie morfologie het, wat ‘n groot toename in porieë kronkeling teen ‘n groot tempo veroorsaak, en Li vloeibare fase diffusie is maklik om te voorkom Die verskynsel dat die proses die ontladingskapasiteit beperk. Die battery met CNTs bygevoeg het laer interne weerstand, want in vergelyking met die puntkontak tussen grafiet/koolstofswart en die aktiewe materiaal, is die veselagtige koolstofnanobuise in lynkontak met die aktiewe materiaal, wat die koppelvlakimpedansie van die battery kan verminder.

Huidige versamelaar

Die vermindering van die koppelvlakweerstand tussen die stroomkollektor en die aktiewe materiaal en die verbetering van die bindingssterkte tussen die twee is belangrike maniere om die werkverrigting van litiumbatterye te verbeter. Deur ‘n geleidende koolstofbedekking op die oppervlak van die aluminiumfoelie en koronabehandeling op die aluminiumfoelie te bedek, kan die koppelvlakimpedansie van die battery effektief verminder. In vergelyking met gewone aluminiumfoelie, kan die gebruik van koolstofbedekte aluminiumfoelie die interne weerstand van die battery met ongeveer 65% verminder, en kan die toename in die interne weerstand van die battery tydens gebruik verminder. Die AC interne weerstand van korona-behandelde aluminiumfoelie kan met ongeveer 20% verminder word. In die algemeen gebruikte 20% ~ 90% SOC-reeks is die algehele interne DC-weerstand relatief klein en die toename is geleidelik kleiner soos die diepte van ontlading toeneem.

Diafragma

The ion conduction inside the battery depends on the diffusion of Li ions in the electrolyte through the porous diaphragm. The liquid absorption and wetting ability of the diaphragm is the key to forming a good ion flow channel. When the diaphragm has a higher liquid absorption rate and porous structure, it can be improved. Conductivity reduces battery impedance and improves battery rate performance. Compared with ordinary base membranes, ceramic diaphragms and rubber-coated diaphragms can not only greatly improve the high temperature shrinkage resistance of the diaphragm, but also enhance the liquid absorption and wetting ability of the diaphragm. The addition of SiO2 ceramic coating on the PP diaphragm can make the diaphragm absorb liquid The volume increased by 17%. Coating 1μm PVDF-HFP on the PP/PE composite diaphragm, the liquid absorption rate of the diaphragm is increased from 70% to 82%, and the internal resistance of the cell is reduced by more than 20%.

Van die aspekte van die vervaardigingsproses en gebruikstoestande, sluit die faktore wat die interne weerstand van die battery beïnvloed hoofsaaklik in:

Prosesfaktore beïnvloed

pulp

Die eenvormigheid van die flodderdispersie tydens vermenging beïnvloed of die geleidende middel eenvormig in die aktiewe materiaal in noue kontak daarmee versprei kan word, wat verband hou met die interne weerstand van die battery. Deur die hoëspoedverspreiding te verhoog, kan die eenvormigheid van die suspensieverspreiding verbeter word, en die interne weerstand van die battery sal kleiner wees. Deur ‘n oppervlakaktiewe middel by te voeg, kan die eenvormigheid van die verspreiding van die geleidende middel in die elektrode verbeter word, en die elektrochemiese polarisasie kan verminder word en die mediaan ontladingsspanning kan verhoog word.

laag

Oppervlaktedigtheid is een van die sleutelparameters van batteryontwerp. Wanneer die batterykapasiteit konstant is, sal die verhoging van die oppervlakdigtheid van die poolstukke onvermydelik die totale lengte van die stroomkollektor en die diafragma verminder, en die ohmiese weerstand van die battery sal dienooreenkomstig verminder. Daarom, binne ‘n sekere reeks, neem die interne weerstand van die battery af namate die oppervlaktedigtheid toeneem. Die migrasie en skeiding van oplosmiddelmolekules tydens bedekking en droging is nou verwant aan die temperatuur van die oond, wat die verspreiding van bindmiddel en geleidende middel in die poolstuk direk beïnvloed, en dan die vorming van die geleidende rooster binne die poolstuk beïnvloed. Daarom is die deklaag- en droogproses Temperatuur ook ‘n belangrike proses om batteryprestasie te optimaliseer.

rollende

Tot ‘n sekere mate neem die interne weerstand van die battery af namate die verdigtingsdigtheid toeneem. Omdat die verdigtingsdigtheid toeneem, verminder die afstand tussen die grondstofdeeltjies. Hoe meer kontak tussen die deeltjies, hoe meer geleidende brûe en kanale, en die battery. Die impedansie word verminder. Die beheer van verdigtingsdigtheid word hoofsaaklik verkry deur roldikte. Verskillende roldiktes het ‘n groter impak op die interne weerstand van die battery. Wanneer die roldikte groot is, neem die kontakweerstand tussen die aktiewe materiaal en die stroomkollektor toe as gevolg van die mislukking van die aktiewe materiaal om styf gerol te word, en die interne weerstand van die battery neem toe. Nadat die battery gery is, word krake op die positiewe elektrode-oppervlak van die battery gegenereer met ‘n relatief dik roldikte, wat die kontakweerstand tussen die oppervlakaktiewe materiaal van die poolstuk en die stroomkollektor verder sal verhoog.

Poolstuk omkeertyd

Die verskillende raktyd van die positiewe elektrode het ‘n groter impak op die interne weerstand van die battery. Wanneer die raktyd kort is, sal die interne weerstand van die battery stadig toeneem as gevolg van die effek van die koolstofbedekkingslaag op die oppervlak van die litiumysterfosfaat en die litiumysterfosfaat; Wanneer die battery vir ‘n lang tyd gelaat word (meer as 23h), neem die interne weerstand van die battery aansienlik toe as gevolg van die gekombineerde effek van die reaksie van litiumysterfosfaat met water en die adhesie van die gom. Daarom is dit nodig om die omkeertyd van paalstukke in werklike produksie streng te beheer.

Vloeistof inspuiting

Die ioniese geleidingsvermoë van die elektroliet bepaal die interne weerstand en tempo eienskappe van die battery. Die geleidingsvermoë van die elektroliet is omgekeerd eweredig aan die viskositeit van die oplosmiddel, en word ook beïnvloed deur die konsentrasie van litiumsout en die grootte van anione. Benewens die optimaliseringsnavorsing oor die geleidingsvermoë, beïnvloed die inspuitvolume en die infiltrasietyd na inspuiting ook die interne weerstand van die battery direk. Klein inspuitvolume of onvoldoende infiltrasietyd sal veroorsaak dat die interne weerstand van die battery te groot is, en sodoende die battery Die kapasiteit om te speel, beïnvloed.

Invloed van gebruikstoestande

temperatuur

Die invloed van temperatuur op die interne weerstand is duidelik. Hoe laer die temperatuur, hoe stadiger is die ioonoordrag binne die battery en hoe groter is die interne weerstand van die battery. Battery impedansie kan verdeel word in grootmaat impedansie, SEI membraan impedansie, en lading oordrag impedansie. Die grootmaat-impedansie en SEI-membraanimpedansie word hoofsaaklik deur elektroliet-ioniese geleidingsvermoë beïnvloed, en die veranderingstendens by lae temperatuur stem ooreen met die veranderingstendens van elektrolietgeleiding. In vergelyking met die toename in grootmaat impedansie en SEI film weerstand by lae temperature, neem die lading reaksie impedansie meer betekenisvol toe met die afname in temperatuur. Onder -20°C maak die ladingreaksie-impedansie byna 100% van die battery se totale interne weerstand uit.

SOC

Wanneer die battery in ‘n ander SOC is, is sy interne weerstand ook anders, veral die interne GS-weerstand beïnvloed die kragprestasie van die battery direk, en weerspieël dan die batteryprestasie in die werklike toestand: die GS interne weerstand van die litiumbattery wissel met die diepte van ontlading DOD van die battery Die interne weerstand is basies onveranderd in die 10% ~ 80% ontladingsinterval. Oor die algemeen neem die interne weerstand aansienlik toe by ‘n dieper ontladingsdiepte.

stoor

Soos die bergingstyd van litiumioonbatterye toeneem, bly die batterye verouder, en hul interne weerstand neem steeds toe. Verskillende tipes litiumbatterye het verskillende grade van verandering in interne weerstand. Na ‘n lang tydperk van berging vir 9-10 maande, is die interne weerstandverhogingskoers van LFP-batterye hoër as dié van NCA- en NCM-batterye. Die toenametempo van interne weerstand hou verband met bergingstyd, bergingstemperatuur en stoor-SOC

siklus

Of dit nou berging of fietsry is, die temperatuur het dieselfde effek op die interne weerstand van die battery. Hoe hoër die siklustemperatuur, hoe groter is die toenametempo van interne weerstand. Verskillende siklusintervalle het verskillende uitwerking op die interne weerstand van die battery. Die interne weerstand van die battery neem toe met die toename in die diepte van lading en ontlading, en die toename van die interne weerstand is eweredig aan die toename in die diepte van lading en ontlading. Benewens die impak van die diepte van lading en ontlading in die siklus, het die ladingafsnyspanning ook ‘n impak: ‘n te lae of te hoë boonste limiet van die ladingspanning sal die koppelvlakimpedansie van die elektrode verhoog, en ‘n passiveringsfilm kan nie goed gevorm word onder ‘n te lae boonste limietspanning nie, en ‘n Te hoë spanning bogrens sal veroorsaak dat die elektroliet oksideer en op die oppervlak van die LiFePO4-elektrode ontbind om produkte met lae elektriese geleidingsvermoë te vorm.

ander

Voertuig-gemonteerde litiumbatterye sal onvermydelik swak padtoestande in praktiese toepassings ervaar, maar studies het bevind dat die vibrasie-omgewing van die litiumbattery byna geen effek op die interne weerstand van die litiumbattery tydens die toedieningsproses het nie.

Outlook

Interne weerstand is ‘n belangrike parameter om litiumioonkragprestasie te meet en batterylewe te evalueer. Hoe groter die interne weerstand, hoe swakker die spoedprestasie van die battery, en hoe vinniger neem dit toe tydens berging en herwinning. Die interne weerstand hou verband met batterystruktuur, batterymateriaalkenmerke en vervaardigingsproses, en verander met veranderinge in omgewingstemperatuur en toestand van lading. Daarom is die ontwikkeling van lae interne weerstand batterye die sleutel tot die verbetering van battery krag prestasie, en terselfdertyd, die bemeestering van die veranderende wette van battery interne weerstand het baie belangrike praktiese betekenis vir battery lewe voorspelling.