Пры выкарыстанні літыевых батарэй прадукцыйнасць батарэі працягвае зніжацца, галоўным чынам па меры зніжэння ёмістасці, павелічэння ўнутранага супраціву, падзення магутнасці і г.д. На змяненне ўнутранага супраціву батарэі ўплываюць розныя ўмовы выкарыстання, такія як тэмпература і глыбіня разраду. Такім чынам, фактары, якія ўплываюць на ўнутраны супраціў батарэі, апісаны з пункту гледжання канструкцыі батарэі, прадукцыйнасці сыравіны, працэсу вытворчасці і ўмоў выкарыстання.

Супраціў – гэта супраціўленне, якое атрымлівае літыевая батарэя, калі ток працякае ўнутры батарэі, калі яна працуе. Як правіла, унутранае супраціўленне літыевых батарэй падзяляецца на омічнае ўнутранае супраціўленне і ўнутранае супраціўленне палярызацыі. Амічнае ўнутранае супраціўленне складаецца з матэрыялу электрода, электраліта, супраціву дыяфрагмы і кантактнага супраціву кожнай часткі. Унутранае супраціўленне палярызацыі адносіцца да супраціву, выкліканага палярызацыяй падчас электрахімічнай рэакцыі, уключаючы ўнутранае супраціўленне электрахімічнай палярызацыі і ўнутранае супраціўленне палярызацыйнай канцэнтрацыі. Амічнае ўнутранае супраціўленне батарэі вызначаецца агульнай праводнасцю батарэі, а ўнутранае супраціўленне палярызацыі батарэі вызначаецца каэфіцыентам цвёрдафазнай дыфузіі іёнаў літыя ў актыўным матэрыяле электрода.

Супраціў Ом

Омическое супраціўленне ў асноўным дзеліцца на тры часткі, адна – іённы імпеданс, другая – электронны, а трэцяя – кантактны імпеданс. Мы спадзяемся, што ўнутранае супраціўленне літыевай батарэі як мага меншае, таму мы павінны прыняць пэўныя меры для зніжэння омічнага ўнутранага супраціву для гэтых трох элементаў.

Іённы імпеданс

Супраціў іёнаў літыевага акумулятара адносіцца да супраціву перадачы іёнаў літыя ўнутры батарэі. У літыевых батарэях хуткасць міграцыі іёнаў літыя і хуткасць электроннай праводнасці гуляюць аднолькава важную ролю, а на супраціўленне іёнаў у асноўным уплываюць матэрыялы станоўчых і адмоўных электродаў, сепаратар і электраліт. Каб паменшыць іённы імпеданс, неабходна зрабіць наступнае:

Пераканайцеся, што станоўчыя і адмоўныя матэрыялы і электраліт маюць добрую змочвальнасць

Пры праектаванні слупа неабходна выбраць прыдатную шчыльнасць ўшчыльнення. Калі шчыльнасць ўшчыльнення занадта вялікая, электраліт няпроста пракрасціся, што павялічыць супраціўленне іёнаў. Для адмоўнага полюса, калі плёнка SEI, якая ўтвараецца на паверхні актыўнага матэрыялу падчас першага зарада і разраду, занадта тоўстая, гэта таксама павялічыць супраціўленне іёнаў. У гэты час неабходна наладзіць працэс фарміравання батарэі, каб яе вырашыць.

Ўплыў электраліта

Электраліт павінен мець адпаведную канцэнтрацыю, глейкасць і праводнасць. Калі глейкасць электраліта занадта высокая, гэта не спрыяе інфільтрацыі паміж электралітам і актыўнымі матэрыяламі станоўчых і адмоўных электродаў. У той жа час электраліт таксама мае патрэбу ў нізкай канцэнтрацыі, занадта высокая канцэнтрацыя таксама не спрыяе яго патоку і інфільтрацыі. Праводнасць электраліта з’яўляецца найбольш важным фактарам, які ўплывае на супраціўленне іёнаў, які вызначае міграцыю іёнаў.

Уплыў дыяфрагмы на супраціўленне іёнаў

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.

Электронны імпеданс

Ёсць шмат фактараў, якія ўплываюць на электронны імпеданс, які можна палепшыць з такіх аспектаў, як матэрыялы і працэсы.

Станоўчыя і адмоўныя таблічкі

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.

Дыяфрагма

Асноўнымі фактарамі, якія ўплываюць на электронны імпеданс дыяфрагмы, з’яўляюцца: таўшчыня дыяфрагмы, сітаватасць і пабочныя прадукты ў працэсе зарада і разраду. Першыя два лёгка зразумець. Пасля дэмантажу акумулятара на сепаратары часта выяўляецца тоўсты пласт карычневага матэрыялу, у тым ліку графітавы адмоўны электрод і пабочныя прадукты яго рэакцыі, якія заблакуюць поры дыяфрагмы і скарачаюць тэрмін службы батарэі.

Падкладка калектара току

Матэрыял, таўшчыня, шырыня токапрыёмніка і ступень кантакту з выступамі – усё гэта ўплывае на электронны імпеданс. Токапрыёмнік павінен выбраць падкладку, якая не была акісленай і пасіваванай, інакш гэта паўплывае на імпеданс. Дрэнная зварка паміж меднай і алюмініевай фальгой і ўкладкамі таксама паўплывае на электронны імпеданс.

Супраціў кантакту

Кантактнае супраціўленне ўтвараецца паміж кантактам паміж меднай і алюмініевай фальгой і актыўным матэрыялам, і трэба звярнуць увагу на адгезію станоўчых і адмоўных электродаў.

Палярызаванае ўнутранае супраціўленне

Калі ток праходзіць праз электроды, з’ява адхілення электроднага патэнцыялу ад раўнаважкага электроднага патэнцыялу называецца палярызацыяй электродаў. Палярызацыя ўключае омічную палярызацыю, электрахімічную палярызацыю і канцэнтрацыйную палярызацыю. Супраціў палярызацыі адносіцца да ўнутранага супраціву, выкліканага палярызацыяй станоўчага электрода і адмоўнага электрода батарэі падчас электрахімічнай рэакцыі. Гэта можа адлюстроўваць унутраную кансістэнцыю батарэі, але яна непрыдатная для вытворчасці з-за ўплыву працы і метаду. Унутранае супраціў палярызацыі не з’яўляецца пастаянным і змяняецца з часам у працэсе зарадкі і разрадкі. Гэта адбываецца таму, што склад актыўнага матэрыялу, канцэнтрацыя і тэмпература электраліта пастаянна змяняюцца. Амачнае ўнутранае супраціўленне падпарадкоўваецца закону Ома, а ўнутранае супраціўленне палярызацыі павялічваецца з павелічэннем шчыльнасці току, але гэта не лінейная залежнасць. Часта яна расце лінейна з павелічэннем лагарыфма шчыльнасці току.

Уплыў канструкцыйнага дызайну

У канструкцыі канструкцыі батарэі, у дадатак да клёпкі і зваркі самой канструкцыі батарэі, колькасць, памер і размяшчэнне выступаў батарэі непасрэдна ўплываюць на ўнутраны супраціў батарэі. У пэўнай ступені павелічэнне колькасці ўкладак можа эфектыўна знізіць унутраны супраціў батарэі. Становішча выступаў таксама ўплывае на ўнутраны супраціў батарэі. Унутранае супраціўленне намотанай батарэі з палажэннем язычка ў галоўцы станоўчага і адмоўнага полюсаў з’яўляецца найбольшым. У параўнанні з намотанай батарэяй, ламінаваная батарэя эквівалентная дзесяткам невялікіх батарэек паралельна. , Яго ўнутранае супраціўленне меншае.

Ўплыў на прадукцыйнасць сыравіны

Positive and negative active materials

У літыевых батарэях матэрыял станоўчага электрода – гэта бок для захоўвання літыя, які ў большай ступені вызначае прадукцыйнасць літыевай батарэі. Матэрыял станоўчага электрода ў асноўным паляпшае электронную праводнасць паміж часціцамі за кошт пакрыцця і легіравання. Напрыклад, легіраванне Ni павышае трываласць PO-сувязі, стабілізуе структуру LiFePO4/C, аптымізуе аб’ём ячэйкі і можа эфектыўна зніжаць супраціў пераносу зарада матэрыялу станоўчага электрода. Значнае павелічэнне палярызацыі актывацыі, асабліва палярызацыі актывацыі адмоўнага электрода, з’яўляецца галоўнай прычынай сур’ёзнай палярызацыі. Памяншэнне памеру часціц адмоўнага электрода можа эфектыўна паменшыць актыўную палярызацыю адмоўнага электрода. Калі памер часціц цвёрдай фазы адмоўнага электрода памяншаецца ўдвая, актыўная палярызацыя можа паменшыцца на 45%. Такім чынам, з пункту гледжання дызайну батарэі, даследаванні па ўдасканаленні саміх станоўчых і адмоўных матэрыялаў таксама незаменныя.

Праводны агент

Графіт і сажа шырока выкарыстоўваюцца ў галіне літыевых батарэй з-за іх добрых уласцівасцяў. У параўнанні з токаправодным агентам на аснове графіту, станоўчы электрод з токаправодным агентам на аснове сажы мае лепшую хуткасць батарэі, таму што праводзіць агент на аснове графіту мае марфалогію лускаватых часціц, што выклікае вялікае павелічэнне звілістыя пары з вялікай хуткасцю, і Лі вадкай фазы дыфузіі лёгка адбыцца З’ява, што працэс абмяжоўвае ёмістасць разраду. Акумулятар з дададзенымі УНТ мае больш нізкае ўнутранае супраціўленне, таму што ў параўнанні з кропкавым кантактам паміж графітам/сажай і актыўным матэрыялам, валакністыя вугляродныя нанатрубкі знаходзяцца ў прамым кантакце з актыўным матэрыялам, што можа паменшыць імпеданс інтэрфейсу батарэі.

Токапрыёмнік

Зніжэнне супраціву паміж токапрыёмнікам і актыўным матэрыялам і павышэнне трываласці злучэння паміж імі з’яўляюцца важнымі сродкамі для павышэння прадукцыйнасці літыевых батарэй. Нанясенне токаправоднага вугляроднага пакрыцця на паверхню алюмініевай фальгі і апрацоўка алюмініевай фальгой карона можа эфектыўна паменшыць імпеданс інтэрфейсу батарэі. У параўнанні са звычайнай алюмініевай фальгой, выкарыстанне алюмініевай фальгі з вугляродным пакрыццём можа знізіць унутраны супраціў батарэі прыкладна на 65% і можа знізіць павелічэнне ўнутранага супраціву батарэі падчас выкарыстання. Унутранае супраціўленне пераменнага току алюмініевай фальгі, апрацаванай карона, можна паменшыць прыкладна на 20%. У звычайна выкарыстоўваным дыяпазоне 20% ~ 90% SOC агульнае ўнутранае супраціўленне пастаяннага току адносна невялікае, і павелічэнне паступова становіцца меншым па меры павелічэння глыбіні разраду.

Дыяфрагма

Іённая праводнасць ўнутры батарэі залежыць ад дыфузіі іёнаў Li ў электраліце ​​праз кіпрую дыяфрагму. Паглынанне вадкасці і здольнасць дыяфрагмы змочваць з’яўляецца ключом да фарміравання добрага канала іённага патоку. Калі дыяфрагма мае больш высокую хуткасць паглынання вадкасці і кіпрую структуру, яе можна палепшыць. Праводнасць зніжае імпеданс батарэі і паляпшае хуткасць працы акумулятара. У параўнанні са звычайнымі базавымі мембранамі, керамічныя дыяфрагмы і дыяфрагмы з гумовым пакрыццём могуць не толькі значна палепшыць ўстойлівасць дыяфрагмы да высокай тэмпературы ўсаджвання, але і павысіць здольнасць дыяфрагмы да паглынання вадкасці і змочвання. Даданне керамічнага пакрыцця SiO2 на дыяфрагму PP можа прымусіць дыяфрагму паглынаць вадкасць. Аб’ём павялічыўся на 17%. Пакрыццё 1 мкм PVDF-HFP на кампазітную дыяфрагму PP/PE, хуткасць паглынання вадкасці дыяфрагмай павялічваецца з 70% да 82%, а ўнутранае супраціўленне ячэйкі зніжаецца больш чым на 20%.

З аспектаў вытворчага працэсу і ўмоў выкарыстання фактары, якія ўплываюць на ўнутраны супраціў батарэі, у асноўным уключаюць:

Уплываюць фактары працэсу

Пульпіраванне

Аднамернасць дысперсіі суспензіі падчас змешвання ўплывае на тое, ці можа токаправодны агент раўнамерна диспергироваться ў актыўным матэрыяле ў цесным кантакце з ім, што звязана з унутраным супраціўленнем батарэі. За кошт павелічэння хуткаснай дысперсіі можна палепшыць раўнамернасць дысперсіі завісі, а ўнутранае супраціўленне батарэі будзе меншым. Дадаючы павярхоўна-актыўнае рэчыва, можна палепшыць раўнамернасць размеркавання токаправоднага агента ў электродзе, а таксама паменшыць электрахімічную палярызацыю і павялічыць сярэдняе разраднае напружанне.

пакрыццё

Шчыльнасць плошчы – адзін з ключавых параметраў канструкцыі батарэі. Калі ёмістасць батарэі пастаянная, павелічэнне павярхоўнай шчыльнасці палюсных наканечнікаў непазбежна паменшыць агульную даўжыню токапрыёмніка і дыяфрагмы, а омічнае супраціўленне батарэі адпаведна паменшыцца. Такім чынам, у пэўным дыяпазоне ўнутранае супраціўленне батарэі памяншаецца з павелічэннем шчыльнасці плошчы. Міграцыя і падзел малекул растваральніка падчас нанясення пакрыцця і сушкі цесна звязаны з тэмпературай печы, якая непасрэдна ўплывае на размеркаванне злучнага і токаправоднага агента ў полюснай насадцы, а затым уплывае на фарміраванне токаправоднай сеткі ўнутры полюса. Такім чынам, працэс нанясення пакрыцця і сушкі Тэмпература таксама з’яўляецца важным працэсам для аптымізацыі прадукцыйнасці батарэі.

рухомай

У пэўнай ступені ўнутранае супраціўленне батарэі памяншаецца пры павелічэнні шчыльнасці ўшчыльнення. Паколькі шчыльнасць ўшчыльнення павялічваецца, адлегласць паміж часціцамі сыравіны памяншаецца. Чым больш кантакту паміж часціцамі, тым больш токаправодных масткоў і каналаў, а ў батарэі зніжаецца супраціў. Кантроль шчыльнасці ўшчыльнення ў асноўным дасягаецца таўшчынёй пракаткі. Розная таўшчыня пракаткі аказваюць большы ўплыў на ўнутраны супраціў батарэі. Калі таўшчыня пракаткі вялікая, кантактнае супраціўленне паміж актыўным матэрыялам і токапрыёмнікам павялічваецца з-за адмовы актыўнага матэрыялу для шчыльнага пракату, і ўнутранае супраціўленне батарэі павялічваецца. Пасля цыкла батарэі на паверхні станоўчага электрода батарэі ўтвараюцца расколіны з адносна тоўстай таўшчынёй пракаткі, што яшчэ больш павялічыць супраціўленне кантакту паміж павярхоўна-актыўным матэрыялам полюсной насадкі і токапрыёмнікам.

Час абароту палюснай часткі

Розны час захоўвання станоўчага электрода аказвае большы ўплыў на ўнутраны супраціў батарэі. Калі час захоўвання кароткі, унутраны супраціў батарэі будзе павялічвацца павольна з-за ўплыву пласта вугляроднага пакрыцця на паверхню фасфату жалеза літыя і фасфату жалеза літыя; Калі акумулятар знаходзіцца на працяглы час (больш за 23 гадзіны), унутранае супраціўленне батарэі значна павялічваецца за кошт сумеснага эфекту рэакцыі фасфату жалеза літыя з вадой і адгезіі клею. Такім чынам, неабходна строга кантраляваць час абароту палюсных наканечнікаў у фактычнай вытворчасці.

Ін’екцыі вадкасці

Іённая праводнасць электраліта вызначае ўнутранае супраціўленне і хуткасныя характарыстыкі батарэі. Праводнасць электраліта зваротна прапарцыйная глейкасці растваральніка, а таксама залежыць ад канцэнтрацыі солі літыя і памеру аніёнаў. У дадатак да аптымізацыйнага даследавання праводнасці, аб’ём ўпырску і час інфільтрацыі пасля ўпырску таксама непасрэдна ўплываюць на ўнутраны супраціў батарэі. Невялікі аб’ём ін’екцыі або недастатковы час пранікнення прывядуць да таго, што ўнутраны супраціў батарэі будзе занадта вялікім, што паўплывае на ёмістасць батарэі для прайгравання.

Уплыў умоў выкарыстання

тэмпература

Уплыў тэмпературы на ўнутраны супраціў відавочны. Чым ніжэй тэмпература, тым павольней перадача іёнаў ўнутры батарэі і тым больш унутранае супраціўленне батарэі. Супраціў батарэі можна падзяліць на аб’ёмны імпеданс, імпеданс мембраны SEI і імпеданс перадачы зарада. На аб’ёмны імпеданс і імпеданс мембраны SEI ў асноўным ўплывае іённая праводнасць электраліта, і тэндэнцыя змены пры нізкай тэмпературы адпавядае тэндэнцыі змены праводнасці электраліта. У параўнанні з павелічэннем аб’ёмнага імпедансу і супраціву плёнкі SEI пры нізкіх тэмпературах, супраціў рэакцыі зарада павялічваецца больш значна з паніжэннем тэмпературы. Ніжэй за -20°C супраціў рэакцыі зарада складае амаль 100% агульнага ўнутранага супраціву батарэі.

SOC

Калі батарэя знаходзіцца ў розных SOC, яе ўнутранае супраціўленне таксама адрозніваецца, асабліва ўнутранае супраціўленне пастаяннага току непасрэдна ўплывае на прадукцыйнасць батарэі, а затым адлюстроўвае прадукцыйнасць батарэі ў рэальным стане: унутранае супраціўленне пастаяннага току літыевай батарэі змяняецца ў залежнасці ад глыбіня разраду DOD батарэі. Унутраны супраціў практычна не змяняецца ў інтэрвале разраду 10% ~ 80%. Як правіла, унутранае супраціў значна павялічваецца пры больш глыбокай глыбіні разраду.

захоўванне

Па меры павелічэння часу захоўвання літый-іённых акумулятараў яны працягваюць старэць, а іх унутранае супраціўленне працягвае расці. Розныя тыпы літыевых батарэй маюць розную ступень змены ўнутранага супраціву. Пасля працяглага перыяду захоўвання на працягу 9-10 месяцаў хуткасць павелічэння ўнутранага супраціву батарэй LFP вышэй, чым у батарэй NCA і NCM. Хуткасць павелічэння ўнутранага супраціву звязана з часам захоўвання, тэмпературай захоўвання і SOC захоўвання

цыкл

Незалежна ад таго, захоўваецца гэта ці ярка, тэмпература аднолькава ўплывае на ўнутраны супраціў батарэі. Чым вышэй тэмпература цыклу, тым больш хуткасць павелічэння ўнутранага супраціву. Розныя інтэрвалы цыклаў па-рознаму ўплываюць на ўнутраны супраціў батарэі. Унутранае супраціўленне батарэі павялічваецца з павелічэннем глыбіні зарадкі і разраду, а павелічэнне ўнутранага супраціву прапарцыйна павелічэнню глыбіні зарадкі і разраду. У дадатак да ўплыву глыбіні зарадкі і разраду ў цыкле, напружанне адключэння зарадкі таксама аказвае ўплыў: занадта нізкая або занадта высокая верхняя мяжа напружання зарадкі павялічыць супраціў інтэрфейсу электрода, і пасіўная плёнка не можа быць добра ўтворана пры занадта нізкай верхняй мяжы напружання, а занадта высокая верхняя мяжа напружання прывядзе да акіслення і раскладання электраліта на паверхні электрода LiFePO4 з утварэннем прадуктаў з нізкай электраправоднасцю.

іншы

Літыевыя батарэі, усталяваныя ў аўтамабілі, непазбежна будуць адчуваць дрэнныя дарожныя ўмовы ў практычных ужываннях, але даследаванні паказалі, што вібрацыйнае асяроддзе літыевай батарэі практычна не ўплывае на ўнутраны супраціў літыевай батарэі ў працэсе прымянення.

Прагноз

Унутранае супраціўленне з’яўляецца важным параметрам для вымярэння прадукцыйнасці літый-іённай магутнасці і ацэнкі тэрміну службы батарэі. Чым больш унутранае супраціўленне, тым горш хуткасць батарэі і тым хутчэй яна павялічваецца падчас захоўвання і перапрацоўкі. Унутранае супраціўленне звязана са структурай батарэі, характарыстыкамі матэрыялу батарэі і працэсам вытворчасці, а таксама змяняецца пры змене тэмпературы навакольнага асяроддзя і стану зарада. Такім чынам, распрацоўка батарэй з нізкім унутраным супраціўленнем з’яўляецца ключом да паляпшэння прадукцыйнасці батарэі, і ў той жа час авалоданне зменлівымі законамі ўнутранага супраціву батарэі мае вельмі важнае практычнае значэнне для прагназавання тэрміну службы батарэі.