A lítium akkumulátorok használatával az akkumulátor teljesítménye tovább csökken, főleg a kapacitás csökkenésével, a belső ellenállás növekedésével, a teljesítménycsökkenéssel stb. Ezért az akkumulátor belső ellenállását befolyásoló tényezőket az akkumulátor szerkezetének kialakítása, az alapanyagok teljesítménye, a gyártási folyamat és a felhasználási feltételek tekintetében ismertetjük.

Az ellenállás az az ellenállás, amelyet a lítium akkumulátor kap, amikor az áram folyik az akkumulátor belsejében, amikor az működik. Általában a lítium akkumulátorok belső ellenállását ohmos belső ellenállásra és polarizációs belső ellenállásra osztják. Az ohmos belső ellenállás az elektróda anyagából, az elektrolitból, a membránellenállásból és az egyes részek érintkezési ellenállásából áll. A polarizációs belső ellenállás az elektrokémiai reakció során bekövetkező polarizáció által okozott ellenállásra vonatkozik, beleértve az elektrokémiai polarizációs belső ellenállást és a koncentráció polarizációs belső ellenállást. Az akkumulátor ohmos belső ellenállását az akkumulátor teljes vezetőképessége, az akkumulátor polarizációs belső ellenállását pedig az elektróda aktív anyagában lévő lítium-ionok szilárd fázisú diffúziós együtthatója határozza meg.

Ohm ellenállás

Az ohmikus ellenállás alapvetően három részre oszlik, az egyik az ionos impedancia, a másik az elektronikus impedancia, a harmadik az érintkezési impedancia. Reméljük, hogy a lítium akkumulátor belső ellenállása a lehető legkisebb, ezért konkrét intézkedéseket kell tennünk az ohmos belső ellenállás csökkentésére e három elem esetében.

Ionimpedancia

A lítium akkumulátor ionellenállása az akkumulátoron belüli lítium-ionok átvitelével szembeni ellenállásra utal. A lítium akkumulátorban a lítium ion migrációs sebessége és az elektronvezetési sebesség egyformán fontos szerepet játszik, az ionellenállást elsősorban a pozitív és negatív elektród anyagok, a szeparátor és az elektrolit befolyásolja. Az ionimpedancia csökkentéséhez a következőket kell tennie:

Győződjön meg arról, hogy a pozitív és negatív anyagok és az elektrolit jó nedvesíthetőségű

A rúddarab tervezésénél megfelelő tömörítési sűrűséget kell kiválasztani. Ha a tömörítési sűrűség túl nagy, az elektrolit nem könnyen beszivárog, ami növeli az ionellenállást. A negatív pólusdarab esetében, ha az aktív anyag felületén az első töltés és kisütés során kialakuló SEI film túl vastag, az az ionellenállást is növeli. Ekkor a megoldáshoz módosítani kell az akkumulátor képződési folyamatát.

Az elektrolit hatása

Az elektrolitnak megfelelő koncentrációval, viszkozitással és vezetőképességgel kell rendelkeznie. Ha az elektrolit viszkozitása túl magas, az nem segíti elő az elektrolit és a pozitív és negatív elektródák aktív anyagai közötti beszivárgást. Ugyanakkor az elektrolitnak is alacsony koncentrációra van szüksége, a túl magas koncentráció szintén nem kedvez annak áramlásának és beszivárgásának. Az elektrolit vezetőképessége az ionellenállást befolyásoló legfontosabb tényező, amely meghatározza az ionok vándorlását.

A membrán hatása az ionellenállásra

A membrán ionellenállását befolyásoló főbb tényezői: az elektrolit eloszlása ​​a membránban, a membrán területe, vastagsága, pórusmérete, porozitása és tekervényességi együtthatója. Kerámia membránok esetén azt is meg kell akadályozni, hogy a kerámia részecskék elzárják a membrán pórusait, ami nem segíti elő az ionok áthaladását. Miközben gondoskodunk arról, hogy az elektrolit teljesen beszivárogjon a membránba, ne maradjon benne felesleges elektrolit, ami csökkenti az elektrolit hatékonyságát.

Elektronikus impedancia

Az elektronikus impedanciának számos befolyásoló tényezője van, amelyek javíthatók olyan szempontokból, mint az anyagok és a folyamatok.

Pozitív és negatív lemezek

A pozitív és negatív lemezek elektronikus impedanciáját befolyásoló fő tényezők: az aktív anyag és az áramkollektor érintkezése, magának az aktív anyagnak a tényezői, valamint a lemez paraméterei. Az aktív anyagnak teljes érintkezésben kell lennie az áramkollektor felületével, ami az áramgyűjtő rézfóliából, alufólia alapanyagból, valamint a pozitív és negatív elektródapaszták tapadásából tekinthető. Maga az élő anyag porozitása, a részecskék felületén keletkező melléktermékek, valamint a vezetőanyaggal való egyenetlen keveredés stb. az elektronikus impedancia változását okozzák. A poláris lemez paraméterei, például az élőanyag sűrűsége túl kicsi, a részecskék közötti rés túl nagy, ami nem kedvez az elektronvezetésnek.

Rekeszizom

A membrán elektronikus impedanciáját befolyásoló fő tényezők: a membrán vastagsága, porozitása és a töltési és kisütési folyamat melléktermékei. Az első kettő könnyen érthető. Az akkumulátor szétszerelése után gyakran vastag barna réteg található az elválasztón, beleértve a grafit negatív elektródát és a reakció melléktermékeit, ami eltömíti a membrán pórusait és csökkenti az akkumulátor élettartamát.

Áramgyűjtő szubsztrát

Az áramkollektor anyaga, vastagsága, szélessége és a fülekkel való érintkezés mértéke egyaránt befolyásolja az elektronikus impedanciát. Az áramkollektornak olyan hordozót kell választania, amely nem volt oxidálva és passziválva, különben befolyásolja az impedanciát. A réz és az alumínium fólia és a fülek közötti rossz hegesztés szintén befolyásolja az elektronikus impedanciát.

Érintkezési ellenállás

Az érintkezési ellenállás a réz-alumíniumfólia és az aktív anyag érintkezése között jön létre, és figyelni kell a pozitív és negatív elektródpaszták tapadására.

Polarizált belső ellenállás

Amikor az áram áthalad az elektródákon, azt a jelenséget, hogy az elektródpotenciál eltér az egyensúlyi elektródpotenciáltól, elektródapolarizációnak nevezzük. A polarizáció magában foglalja az ohmos polarizációt, az elektrokémiai polarizációt és a koncentrációs polarizációt. A polarizációs ellenállás azt a belső ellenállást jelenti, amelyet az akkumulátor pozitív és negatív elektródájának polarizációja okoz az elektrokémiai reakció során. Az akkumulátor belső konzisztenciáját tükrözheti, de a működés és a módszer hatása miatt gyártásra nem alkalmas. A belső polarizációs ellenállás nem állandó, és idővel változik a töltési és kisütési folyamat során. Ennek oka, hogy az aktív anyag összetétele, az elektrolit koncentrációja és hőmérséklete folyamatosan változik. Az ohmos belső ellenállás engedelmeskedik Ohm törvényének, és a polarizációs belső ellenállás az áramsűrűség növekedésével nő, de ez nem lineáris összefüggés. Gyakran lineárisan növekszik, ahogy az áramsűrűség logaritmusa nő.

A szerkezeti tervezés befolyása

Az akkumulátorszerkezet kialakításánál magának az akkumulátorszerkezetnek a szegecselése és hegesztése mellett az akkumulátorfülek száma, mérete és elhelyezkedése közvetlenül befolyásolja az akkumulátor belső ellenállását. A fülek számának növelése bizonyos mértékig hatékonyan csökkentheti az akkumulátor belső ellenállását. A fülek helyzete az akkumulátor belső ellenállását is befolyásolja. A tekercselt akkumulátor belső ellenállása a pozitív és negatív pólusdarabok fejénél lévő fül helyzetével a legnagyobb. A feltekercselt akkumulátorhoz képest a laminált akkumulátor több tucat kis elemnek felel meg párhuzamosan. , Belső ellenállása kisebb.

A nyersanyag teljesítményének hatása

Pozitív és negatív aktív anyagok

A lítium akkumulátorokban a pozitív elektróda anyaga a lítium tárolóoldal, amely jobban meghatározza a lítium akkumulátor teljesítményét. A pozitív elektróda anyaga főként a részecskék közötti elektronikus vezetőképességet javítja bevonat és adalékolás révén. Például a Ni-vel való adalékolás növeli a PO kötés szilárdságát, stabilizálja a LiFePO4/C szerkezetét, optimalizálja a cella térfogatát, és hatékonyan csökkentheti a pozitív elektróda anyagának töltésátviteli ellenállását. Az aktiválási polarizáció jelentős növekedése, különösen a negatív elektróda aktivációs polarizációja a fő oka a súlyos polarizációnak. A negatív elektróda részecskeméretének csökkentése hatékonyan csökkentheti a negatív elektróda aktív polarizációját. Ha a negatív elektród szilárd fázisú részecskeméretét felére csökkentjük, az aktív polarizáció 45%-kal csökkenthető. Ezért az akkumulátor tervezése szempontjából maguknak a pozitív és negatív anyagoknak a javítására irányuló kutatások is nélkülözhetetlenek.

Vezetőanyag

A grafitot és a kormot jó tulajdonságaik miatt széles körben használják a lítium akkumulátorok területén. A grafit alapú vezetőanyaggal összehasonlítva a korom alapú vezetőanyagot tartalmazó pozitív elektródának jobb akkumulátorteljesítménye van, mivel a grafit alapú vezetőanyag pelyhes részecskemorfológiájú, ami nagy sebességgel nagymértékben növeli a pórusok kanyargósságát, és A Li folyadékfázisú diffúzió könnyen bekövetkezhet Az a jelenség, hogy a folyamat korlátozza a kisülési kapacitást. A CNT-kkel kiegészített akkumulátor kisebb belső ellenállással rendelkezik, mivel a grafit/korom és az aktív anyag pontszerű érintkezéséhez képest a rostos szén nanocsövek egy vonalban érintkeznek az aktív anyaggal, ami csökkentheti az akkumulátor interfész impedanciáját.

Jelenlegi gyűjtő

Az áramkollektor és az aktív anyag közötti interfész ellenállás csökkentése és a kettő közötti kötési szilárdság javítása fontos eszköz a lítium akkumulátorok teljesítményének javításához. Az alufólia felületére vezető szénbevonat bevonása és az alumíniumfólia koronakezelése hatékonyan csökkentheti az akkumulátor interfész impedanciáját. A hagyományos alumíniumfóliához képest a szénnel bevont alumíniumfólia használata körülbelül 65%-kal csökkentheti az akkumulátor belső ellenállását, és csökkentheti az akkumulátor belső ellenállásának növekedését a használat során. A koronakezelt alumíniumfólia AC belső ellenállása körülbelül 20%-kal csökkenthető. Az általánosan használt 20% ~ 90% SOC tartományban a teljes egyenáramú belső ellenállás viszonylag kicsi, és a növekedés fokozatosan csökken, ahogy a kisülési mélység nő.

Rekeszizom

Az akkumulátoron belüli ionvezetés az elektrolitban lévő Li-ionok porózus membránon keresztüli diffúziójától függ. A membrán folyadékabszorpciós és nedvesítő képessége a kulcsa a jó ionáramlási csatorna kialakításának. Ha a membrán nagyobb folyadékabszorpciós sebességgel és porózus szerkezettel rendelkezik, javítható. A vezetőképesség csökkenti az akkumulátor impedanciáját és javítja az akkumulátor teljesítményét. A hagyományos alapmembránokhoz képest a kerámia membránok és a gumibevonatú membránok nemcsak nagymértékben javíthatják a membrán magas hőmérsékletű zsugorodási ellenállását, hanem javítják a membrán folyadékabszorpciós és nedvesítő képességét is. A SiO2 kerámia bevonat hozzáadása a PP membránhoz folyadékot szívhat fel a membránba. A térfogat 17%-kal nőtt. 1μm PVDF-HFP bevonattal a PP/PE kompozit membránra a membrán folyadékfelvételi sebessége 70%-ról 82%-ra nő, a cella belső ellenállása pedig több mint 20%-kal csökken.

A gyártási folyamat és a felhasználási feltételek szempontjából az akkumulátor belső ellenállását befolyásoló tényezők főként a következők:

A folyamattényezők befolyásolják

pépesítés

Az iszap diszperziójának egyenletessége a keverés során befolyásolja, hogy a vezetőszer egyenletesen eloszlik-e a vele szorosan érintkező aktív anyagban, ami az akkumulátor belső ellenállásával függ össze. A nagy sebességű diszperzió növelésével javítható a szuszpenzió egyenletessége, és kisebb lesz az akkumulátor belső ellenállása. Felületaktív anyag hozzáadásával javítható a vezetőanyag eloszlásának egyenletessége az elektródában, csökkenthető az elektrokémiai polarizáció és növelhető a középső kisülési feszültség.

Bevonat

A terület sűrűsége az akkumulátor tervezésének egyik kulcsparamétere. Ha az akkumulátor kapacitása állandó, a pólusdarabok felületi sűrűségének növelése elkerülhetetlenül csökkenti az áramkollektor és a membrán teljes hosszát, és ennek megfelelően csökken az akkumulátor ohmos ellenállása. Ezért egy bizonyos tartományon belül az akkumulátor belső ellenállása a területi sűrűség növekedésével csökken. A bevonat és szárítás során az oldószermolekulák vándorlása és szétválása szorosan összefügg a kemence hőmérsékletével, ami közvetlenül befolyásolja a kötőanyag és a vezetőképes anyag eloszlását a pólusdarabban, majd a pólusdarabon belüli vezetőháló kialakulását. Ezért a bevonási és szárítási folyamat A hőmérséklet szintén fontos folyamat az akkumulátor teljesítményének optimalizálása szempontjából.

Gördülő

Az akkumulátor belső ellenállása bizonyos mértékig csökken a tömörítési sűrűség növekedésével. Mivel a tömörítési sűrűség növekszik, a nyersanyagszemcsék közötti távolság csökken. Minél nagyobb az érintkezés a részecskék között, annál több a vezetőképes híd és csatorna, valamint az akkumulátor Az impedancia csökken. A tömörítési sűrűség szabályozása elsősorban a hengerlés vastagságával történik. A különböző hengerlési vastagságok nagyobb hatással vannak az akkumulátor belső ellenállására. Ha a hengerlési vastagság nagy, az aktív anyag és az áramgyűjtő közötti érintkezési ellenállás az aktív anyag szorosan hengerelt hibája miatt megnő, és az akkumulátor belső ellenállása megnő. Az akkumulátor körbefutása után az akkumulátor pozitív elektróda felületén viszonylag vastag gördülési vastagságban repedések keletkeznek, amelyek tovább növelik a pólusdarab felületaktív anyaga és az áramgyűjtő közötti érintkezési ellenállást.

Rúddarab átfutási ideje

A pozitív elektróda eltérő eltarthatósága nagyobb hatással van az akkumulátor belső ellenállására. Ha az eltarthatósági idő rövid, az akkumulátor belső ellenállása lassan növekszik a szénbevonat réteg hatása miatt a lítium-vas-foszfát és a lítium-vas-foszfát felületén; Ha az akkumulátort hosszabb ideig (több mint 23 óráig) hagyja, az akkumulátor belső ellenállása jelentősen megnő a lítium-vas-foszfát vízzel való reakciójának és a ragasztó tapadásának együttes hatása miatt. Ezért a tényleges gyártás során szigorúan ellenőrizni kell az oszlopdarabok átfutási idejét.

Folyadék injekció

Az elektrolit ionvezetőképessége határozza meg az akkumulátor belső ellenállását és sebességi jellemzőit. Az elektrolit vezetőképessége fordítottan arányos az oldószer viszkozitásával, és befolyásolja a lítium só koncentrációja és az anionok mérete is. A vezetőképesség optimalizálási kutatása mellett a befecskendezési térfogat és a befecskendezést követő beszivárgási idő is közvetlenül befolyásolja az akkumulátor belső ellenállását. A kis befecskendezési mennyiség vagy az elégtelen beszivárgási idő az akkumulátor belső ellenállását túlságosan megnöveli, ami befolyásolja az akkumulátor kapacitását.

Használati feltételek befolyása

hőmérséklet

A hőmérséklet hatása a belső ellenállásra nyilvánvaló. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál lassabb az ionátvitel az akkumulátor belsejében, és annál nagyobb az akkumulátor belső ellenállása. Az akkumulátor impedanciája ömlesztett impedanciára, SEI membránimpedanciára és töltésátviteli impedanciára osztható. A térfogati impedanciát és a SEI membrán impedanciát főként az elektrolit ionvezetőképessége befolyásolja, és az alacsony hőmérsékleten tapasztalható változási trend összhangban van az elektrolit vezetőképességének változási trendjével. Összehasonlítva az ömlesztett impedancia és a SEI film ellenállásának alacsony hőmérsékleten történő növekedésével, a töltési reakció impedanciája nagyobb mértékben növekszik a hőmérséklet csökkenésével. -20°C alatt a töltési reakció impedanciája az akkumulátor teljes belső ellenállásának csaknem 100%-át teszi ki.

SOC

Ha az akkumulátor különböző SOC-ban van, a belső ellenállása is eltérő, különösen az egyenáramú belső ellenállás közvetlenül befolyásolja az akkumulátor teljesítményét, majd tükrözi az akkumulátor teljesítményét a tényleges állapotban: a lítium akkumulátor egyenáramú belső ellenállása változik az akkumulátor kisülési mélysége DOD A belső ellenállás lényegében változatlan a 10%~80%-os kisülési intervallumban. Általában a belső ellenállás jelentősen megnő a mélyebb kisülési mélységnél.

tárolás

A lítium-ion akkumulátorok tárolási idejének növekedésével az akkumulátorok tovább öregszenek, belső ellenállásuk pedig tovább növekszik. A különböző típusú lítium akkumulátorok belső ellenállásának változása eltérő. Hosszú, 9-10 hónapos tárolás után az LFP akkumulátorok belső ellenállásnövekedése magasabb, mint az NCA és NCM akkumulátoroké. A belső ellenállás növekedése a tárolási időtől, a tárolási hőmérséklettől és a tárolási SOC-tól függ

ciklus

Legyen szó tárolásról vagy kerékpározásról, a hőmérséklet ugyanolyan hatással van az akkumulátor belső ellenállására. Minél magasabb a ciklus hőmérséklete, annál nagyobb a belső ellenállás növekedési sebessége. A különböző ciklusintervallumok eltérő hatással vannak az akkumulátor belső ellenállására. Az akkumulátor belső ellenállása a töltési és kisütési mélység növekedésével nő, a belső ellenállás növekedése pedig arányos a töltési és kisütési mélység növekedésével. A ciklusban a töltés és kisütés mélységének hatása mellett a töltésleválasztó feszültség is hatással van: a töltési feszültség túl alacsony vagy túl magas felső határa megnöveli az elektróda interfész impedanciáját, ill. A passzivációs film túl alacsony felső határfeszültség alatt nem képződik jól, és a túl magas feszültség felső határa az elektrolit oxidációját és lebomlását okozza a LiFePO4 elektróda felületén, és alacsony elektromos vezetőképességű termékek keletkeznek.

diğer

A járművekbe szerelt lítium akkumulátorok elkerülhetetlenül rossz útviszonyokat fognak tapasztalni a gyakorlati alkalmazások során, de a vizsgálatok azt találták, hogy a lítium akkumulátor vibrációs környezete szinte nincs hatással a lítium akkumulátor belső ellenállására az alkalmazási folyamat során.

kilátás

A belső ellenállás fontos paraméter a lítium-ion teljesítményének mérésére és az akkumulátor élettartamának értékelésére. Minél nagyobb a belső ellenállás, annál rosszabb az akkumulátor teljesítménye, és annál gyorsabban növekszik a tárolás és az újrahasznosítás során. A belső ellenállás az akkumulátor szerkezetétől, az akkumulátor anyagának jellemzőitől és a gyártási folyamattól függ, valamint a környezeti hőmérséklet és a töltési állapot változásaitól függ. Ezért az alacsony belső ellenállású akkumulátorok fejlesztése az akkumulátor teljesítményének javításának kulcsa, ugyanakkor az akkumulátor belső ellenállásának változó törvényeinek elsajátítása nagyon fontos gyakorlati jelentőséggel bír az akkumulátor élettartamának előrejelzésében.