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.

Müqavimət litium batareyanın işlədiyi zaman batareyanın içərisində cərəyan axdığı zaman aldığı müqavimətdir. Ümumiyyətlə, litium batareyalarının daxili müqaviməti ohmik daxili müqavimətə və polarizasiya daxili müqavimətinə bölünür. Om daxili müqavimət elektrod materialından, elektrolitdən, diafraqma müqavimətindən və hər bir hissənin təmas müqavimətindən ibarətdir. Qütbləşmə daxili müqaviməti elektrokimyəvi reaksiya zamanı qütbləşmə nəticəsində yaranan müqavimətə, o cümlədən elektrokimyəvi qütbləşmənin daxili müqavimətinə və konsentrasiyanın qütbləşməsinin daxili müqavimətinə aiddir. Batareyanın ohmik daxili müqaviməti batareyanın ümumi keçiriciliyi ilə müəyyən edilir və batareyanın polarizasiya daxili müqaviməti elektrod aktiv materialında litium ionlarının bərk faza diffuziya əmsalı ilə müəyyən edilir.

Ohm resistance

Om müqaviməti əsasən üç hissəyə bölünür, biri ion empedansı, digəri elektron empedansı, üçüncüsü isə kontakt empedansıdır. Ümid edirik ki, litium batareyanın daxili müqaviməti mümkün qədər kiçikdir, buna görə də bu üç element üçün ohmik daxili müqaviməti azaltmaq üçün xüsusi tədbirlər görməliyik.

Ion impedance

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

Dirək parçasını dizayn edərkən uyğun sıxılma sıxlığını seçmək lazımdır. Sıxılma sıxlığı çox böyükdürsə, elektrolitin sızması asan deyil, bu da ion müqavimətini artıracaqdır. Mənfi qütb parçası üçün, ilk yükləmə və boşalma zamanı aktiv materialın səthində əmələ gələn SEI filmi çox qalın olarsa, bu da ion müqavimətini artıracaqdır. Bu zaman onu həll etmək üçün batareyanın formalaşma prosesini tənzimləmək lazımdır.

Elektrolitin təsiri

The electrolyte must have the appropriate concentration, viscosity and conductivity. When the viscosity of the electrolyte is too high, it is not conducive to the infiltration between the electrolyte and the active materials of the positive and negative electrodes. At the same time, the electrolyte also needs a low concentration, too high concentration is also not conducive to its flow and infiltration. The conductivity of the electrolyte is the most important factor affecting ion resistance, which determines the migration of ions.

Diafraqmanın ion müqavimətinə təsiri

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.

Electronic impedance

Materiallar və proseslər kimi aspektlərdən yaxşılaşdırıla bilən elektron empedansın bir çox təsiredici amili var.

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.

Diafraqma

Diafraqmanın elektron empedansına təsir edən əsas amillər bunlardır: diafraqmanın qalınlığı, məsaməliliyi və doldurma və boşaltma prosesində yan məhsullar. İlk ikisini başa düşmək asandır. Batareyanın sökülməsindən sonra, ayırıcıda tez-tez qəhvəyi materialın qalın təbəqəsi, o cümlədən qrafit mənfi elektrodu və onun reaksiya əlavə məhsulları tapılır ki, bu da diafraqma məsamələrini bağlayacaq və batareyanın xidmət müddətini azaldır.

Cari kollektor substratı

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.

Əlaqə müqavimət

The contact resistance is formed between the contact between the copper and aluminum foil and the active material, and attention needs to be paid to the adhesion of the positive and negative electrode pastes.

Qütbləşmiş daxili müqavimət

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.

Struktur dizayn təsiri

Batareya strukturunun dizaynında, akkumulyator strukturunun özünün pərçimlənməsi və qaynaqlanmasına əlavə olaraq, batareya lövhələrinin sayı, ölçüsü və yeri birbaşa batareyanın daxili müqavimətinə təsir göstərir. Müəyyən dərəcədə, nişanların sayını artırmaq batareyanın daxili müqavimətini effektiv şəkildə azalda bilər. Nişanların mövqeyi də batareyanın daxili müqavimətinə təsir göstərir. Müsbət və mənfi qütb parçalarının başındakı nişan mövqeyi ilə yara batareyasının daxili müqaviməti ən böyükdür. Yara akkumulyatoru ilə müqayisədə laminatlı akkumulyator paralel olaraq onlarla kiçik batareyaya bərabərdir. , Onun daxili müqaviməti daha kiçikdir.

Xammal performansına təsir

Positive and negative active materials

In lithium batteries, the positive electrode material is the lithium storage side, which more determines the performance of the lithium battery. The positive electrode material mainly improves the electronic conductivity between particles through coating and doping. For example, doping with Ni enhances the strength of the P-O bond, stabilizes the structure of LiFePO4/C, optimizes the cell volume, and can effectively reduce the charge transfer resistance of the positive electrode material. The significant increase in activation polarization, especially the activation polarization of the negative electrode, is the main reason for the serious polarization. Reducing the particle size of the negative electrode can effectively reduce the active polarization of the negative electrode. When the solid phase particle size of the negative electrode is reduced by half, the active polarization can be reduced by 45%. Therefore, in terms of battery design, research on the improvement of the positive and negative materials themselves is also indispensable.

Keçirici agent

Qrafit və karbon qara yaxşı xassələrinə görə litium batareyaları sahəsində geniş istifadə olunur. Qrafit əsaslı keçirici maddə ilə müqayisədə, karbon qara əsaslı keçirici maddə ilə müsbət elektrod daha yaxşı batareya sürətinə malikdir, çünki qrafit əsaslı keçirici maddə lopa hissəcik morfologiyasına malikdir və bu, böyük sürətlə məsamələrin əyilməsinin böyük artmasına səbəb olur və Li maye faza diffuziyasının baş verməsi asandır. Prosesin boşalma qabiliyyətini məhdudlaşdırması fenomeni. CNT əlavə edilmiş batareya daha az daxili müqavimətə malikdir, çünki qrafit/karbon qarası ilə aktiv material arasındakı nöqtə təması ilə müqayisədə lifli karbon nanoborular aktiv materialla xətt təmasdadır və bu, batareyanın interfeys empedansını azalda bilər.

Current collector

Cari kollektor və aktiv material arasındakı interfeys müqavimətinin azaldılması və ikisi arasında bağlanma gücünün yaxşılaşdırılması litium batareyalarının işini yaxşılaşdırmaq üçün vacib vasitədir. Alüminium folqa səthinə keçirici karbon örtüyü ilə örtülməsi və alüminium folqa üzərində korona müalicəsi batareyanın interfeys empedansını effektiv şəkildə azalda bilər. Adi alüminium folqa ilə müqayisədə, karbonla örtülmüş alüminium folqa istifadəsi batareyanın daxili müqavimətini təxminən 65% azalda bilər və istifadə zamanı batareyanın daxili müqavimətinin artımını azalda bilər. Korona ilə işlənmiş alüminium folqanın AC daxili müqaviməti təxminən 20% azaldıla bilər. Ümumi istifadə olunan 20% ~ 90% SOC diapazonunda ümumi DC daxili müqavimət nisbətən kiçikdir və boşalma dərinliyi artdıqca artım tədricən kiçik olur.

Diafraqma

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%.

From the aspects of manufacturing process and use conditions, the factors that affect the internal resistance of the battery mainly include:

Proses faktorları təsir edir

Pulpa

Qarışdırma zamanı məhlul dispersiyasının vahidliyi, keçirici maddənin onunla sıx təmasda olan aktiv materialda bərabər şəkildə səpələnməsinə təsir göstərir ki, bu da batareyanın daxili müqaviməti ilə bağlıdır. Yüksək sürətli dispersiyanı artırmaqla, məhlul dispersiyasının vahidliyi yaxşılaşdırıla bilər və batareyanın daxili müqaviməti daha kiçik olacaqdır. Səthi aktiv maddə əlavə etməklə, elektrodda keçirici maddənin paylanmasının vahidliyini yaxşılaşdırmaq və elektrokimyəvi polarizasiyanı azaltmaq və orta boşalma gərginliyini artırmaq olar.

Kaplama

Sahənin sıxlığı batareya dizaynının əsas parametrlərindən biridir. Batareyanın tutumu sabit olduqda, dirək parçalarının səthi sıxlığının artırılması qaçılmaz olaraq cari kollektorun və diafraqmanın ümumi uzunluğunu azaldacaq və batareyanın ohmik müqaviməti müvafiq olaraq azalacaq. Buna görə də, müəyyən bir diapazonda, sahə sıxlığı artdıqca batareyanın daxili müqaviməti azalır. Kaplama və qurutma zamanı həlledici molekulların miqrasiyası və ayrılması sobanın temperaturu ilə sıx bağlıdır, bu, birbaşa dirək parçasında bağlayıcı və keçirici maddənin paylanmasına təsir göstərir və sonra dirək parçasının içərisində keçirici şəbəkənin formalaşmasına təsir göstərir. Buna görə də, örtük və qurutma prosesi Temperatur da batareyanın işini optimallaşdırmaq üçün vacib bir prosesdir.

Rolling

Müəyyən dərəcədə sıxılma sıxlığı artdıqca batareyanın daxili müqaviməti azalır. Sıxılma sıxlığı artdığından, xammal hissəcikləri arasındakı məsafə azalır. Hissəciklər arasında daha çox əlaqə, daha çox keçirici körpülər və kanallar və batareya Empedans azalır. Sıxılma sıxlığına nəzarət əsasən yayma qalınlığı ilə əldə edilir. Müxtəlif yuvarlanan qalınlıqlar batareyanın daxili müqavimətinə daha çox təsir göstərir. Yuvarlanma qalınlığı böyük olduqda, aktiv materialın sıx yuvarlanmaması səbəbindən aktiv material ilə cərəyan kollektoru arasındakı təmas müqaviməti artır və batareyanın daxili müqaviməti artır. Batareyanın dövrələnməsindən sonra batareyanın müsbət elektrod səthində nisbətən qalın yuvarlanan qalınlığa malik çatlar əmələ gəlir ki, bu da dirək parçasının səthi aktiv materialı ilə cari kollektor arasında təmas müqavimətini daha da artıracaq.

Qütb parçasının dönüş vaxtı

The different shelf time of the positive electrode has a greater impact on the internal resistance of the battery. When the shelf time is short, the internal resistance of the battery will increase slowly due to the effect of the carbon coating layer on the surface of the lithium iron phosphate and the lithium iron phosphate; When the battery is left for a long time (more than 23h), the internal resistance of the battery increases significantly due to the combined effect of the reaction of lithium iron phosphate with water and the adhesion of the adhesive. Therefore, it is necessary to strictly control the turnaround time of pole pieces in actual production.

Liquid injection

Elektrolitin ion keçiriciliyi batareyanın daxili müqavimətini və sürət xüsusiyyətlərini müəyyən edir. Elektrolitin keçiriciliyi həlledicinin özlülüyü ilə tərs mütənasibdir və həmçinin litium duzunun konsentrasiyası və anionların ölçüsündən təsirlənir. Keçiricilik, enjeksiyon həcmi və enjeksiyondan sonra infiltrasiya vaxtı ilə bağlı optimallaşdırma tədqiqatlarına əlavə olaraq, batareyanın daxili müqavimətinə də birbaşa təsir göstərir. Kiçik enjeksiyon həcmi və ya qeyri-kafi infiltrasiya müddəti batareyanın daxili müqavimətinin çox böyük olmasına səbəb olacaq və bununla da batareyanın oynamaq qabiliyyətinə təsir edəcəkdir.

İstifadə şərtlərinin təsiri

temperatur

The influence of temperature on the internal resistance is obvious. The lower the temperature, the slower the ion transmission inside the battery and the greater the internal resistance of the battery. Battery impedance can be divided into bulk impedance, SEI membrane impedance, and charge transfer impedance. The bulk impedance and SEI membrane impedance are mainly affected by electrolyte ionic conductivity, and the change trend at low temperature is consistent with the change trend of electrolyte conductivity. Compared with the increase in bulk impedance and SEI film resistance at low temperatures, the charge reaction impedance increases more significantly with the decrease in temperature. Below -20°C, the charge reaction impedance accounts for almost 100% of the battery’s total internal resistance.

SOC

Batareya fərqli SOC-da olduqda, onun daxili müqaviməti də fərqlidir, xüsusən DC daxili müqaviməti batareyanın güc göstəricilərinə birbaşa təsir göstərir və sonra batareyanın işini faktiki vəziyyətdə əks etdirir: litium batareyanın DC daxili müqaviməti ilə dəyişir. batareyanın boşalma dərinliyi DOD Daxili müqavimət 10% ~ 80% boşalma intervalında əsasən dəyişməzdir. Ümumiyyətlə, daha dərin boşalma dərinliyində daxili müqavimət əhəmiyyətli dərəcədə artır.

saxlama

Litium-ion batareyaların saxlama müddəti artdıqca, batareyalar köhnəlməyə davam edir və onların daxili müqaviməti artmağa davam edir. Müxtəlif növ litium batareyaları daxili müqavimətdə fərqli dərəcələrə malikdir. 9-10 ay ərzində uzun müddət saxlandıqdan sonra LFP batareyalarının daxili müqavimət artım sürəti NCA və NCM batareyalarından daha yüksəkdir. Daxili müqavimətin artım sürəti saxlama müddəti, saxlama temperaturu və saxlama SOC ilə bağlıdır

dövrü

Saxlama və ya velosipeddən asılı olmayaraq, temperatur batareyanın daxili müqavimətinə eyni təsir göstərir. Dövrün temperaturu nə qədər yüksək olarsa, daxili müqavimətin artım sürəti bir o qədər yüksək olar. Fərqli dövr intervalları batareyanın daxili müqavimətinə fərqli təsir göstərir. Batareyanın daxili müqaviməti doldurulma və boşalma dərinliyinin artması ilə artır, daxili müqavimətin artması isə doldurulma və boşalma dərinliyinin artması ilə mütənasibdir. Dövrdə yükləmə və boşalma dərinliyinin təsirinə əlavə olaraq, yük kəsmə gərginliyi də təsir göstərir: yükləmə gərginliyinin çox aşağı və ya çox yüksək həddi elektrodun interfeys empedansını artıracaq və bir passivasiya filmi çox aşağı yuxarı həddi gərginlik altında yaxşı əmələ gələ bilməz və çox yüksək gərginlikli yuxarı həddi elektrolitin oksidləşməsinə və LiFePO4 elektrodunun səthində parçalanmasına səbəb olaraq aşağı elektrik keçiriciliyi olan məhsullar əmələ gətirir.

digər

Avtomobilə quraşdırılmış litium batareyalar praktiki tətbiqlərdə qaçılmaz olaraq pis yol şəraiti ilə qarşılaşacaq, lakin tədqiqatlar litium batareyanın vibrasiya mühitinin tətbiq prosesi zamanı litium batareyanın daxili müqavimətinə demək olar ki, heç bir təsir göstərmədiyini müəyyən etdi.

dünyagörüşü

Daxili müqavimət litium-ion güc performansını ölçmək və batareyanın ömrünü qiymətləndirmək üçün vacib bir parametrdir. Daxili müqavimət nə qədər böyükdürsə, batareyanın sürət göstəricisi bir o qədər pis olur və saxlama və təkrar emal zamanı daha sürətli artır. Daxili müqavimət batareyanın quruluşu, batareyanın materialının xüsusiyyətləri və istehsal prosesi ilə əlaqədardır və ətraf mühitin temperaturu və doldurulma vəziyyətindəki dəyişikliklərlə dəyişir. Buna görə də, aşağı daxili müqavimətli batareyaların inkişafı batareyanın enerji performansını yaxşılaşdırmaq üçün açardır və eyni zamanda, batareyanın daxili müqavimətinin dəyişən qanunlarını mənimsəmək batareyanın ömrünün proqnozlaşdırılması üçün çox vacib praktik əhəmiyyətə malikdir.