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.

Каршылык – бул литий батарейка иштеп жаткан учурда батареянын ичинде ток өткөндө кабыл алган каршылык. Жалпысынан алганда, литий батареяларынын ички каршылыгы омикалык ички каршылык жана поляризациялык ички каршылык болуп бөлүнөт. Омдук ички каршылык электрод материалынан, электролиттен, диафрагма каршылыгынан жана ар бир бөлүктүн контакт каршылыгынан турат. Поляризациянын ички каршылыгы электрохимиялык реакция учурунда поляризациядан келип чыккан каршылыкты билдирет, анын ичинде электрохимиялык поляризациянын ички каршылыгы жана концентрациянын поляризациясынын ички каршылыгы. Аккумулятордун омдук ички каршылыгы аккумулятордун жалпы өткөрүмдүүлүгү менен, ал эми батареянын поляризациялык ички каршылыгы электроддун активдүү материалындагы литий иондорунун катуу фазалык диффузия коэффициенти менен аныкталат.

Ом каршылык

Ом каршылык негизинен үч бөлүккө бөлүнөт, бири иондук импеданс, экинчиси электрондук импеданс, үчүнчүсү контакттык импеданс. Биз литий батарейканын ички каршылыгы мүмкүн болушунча аз деп үмүттөнөбүз, ошондуктан бул үч нерсе үчүн омикалык ички каршылыкты азайтуу үчүн конкреттүү чараларды көрүшүбүз керек.

Иондук импеданс

Литий батареясынын ион каршылыгы батареянын ичиндеги литий иондорунун өтүшүнө каршылыкты билдирет. Литий батареясында литий ионунун миграция ылдамдыгы жана электрон өткөрүү ылдамдыгы бирдей маанилүү роль ойнойт, ал эми ион каршылыгына негизинен оң жана терс электрод материалдары, сепаратор жана электролит таасир этет. Иондук импедансты азайтуу үчүн, сиз төмөнкүлөрдү кылышыңыз керек:

Оң жана терс материалдардын жана электролиттин жакшы нымдуулугун камсыз кылуу

Бул поляк бөлүгүн долбоорлоодо ылайыктуу тыгыздыгын тандоо зарыл. Эгерде тыгыздалуу тыгыздыгы өтө чоң болсо, электролит инфильтрациялоо оңой эмес, бул ионго каршылыкты жогорулатат. Терс уюл бөлүгү үчүн, биринчи заряд жана разряд учурунда активдүү материалдын бетинде пайда болгон SEI пленкасы өтө жоон болсо, анда ал ион каршылыгын жогорулатат. Бул учурда, аны чечүү үчүн батареянын түзүү жараянын жөнгө салуу зарыл.

Электролиттин таасири

Электролит тиешелүү концентрацияга, илешкектүүлүккө жана өткөргүчтүккө ээ болушу керек. Электролиттин илешкектүүлүгү өтө жогору болгондо, ал электролит менен оң жана терс электроддордун активдүү материалдарынын ортосундагы инфильтрацияга шарт түзбөйт. Ошол эле учурда, электролит да аз концентрацияга муктаж, өтө жогорку концентрация да анын агымына жана инфильтрациясына шарт түзбөйт. Электролиттин өткөргүчтүгү иондордун миграциясын аныктаган ион каршылыгына таасир этүүчү эң маанилүү фактор болуп саналат.

Диафрагманын ион каршылыгына тийгизген таасири

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.

Электрондук импеданс

Электрондук импеданстын көптөгөн таасир этүүчү факторлору бар, аларды материалдар жана процесстер сыяктуу аспектилерден жакшыртууга болот.

Оң жана терс плиталар

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.

калпакча

Диафрагманын электрондук импедансына таасир этүүчү негизги факторлор: диафрагманын калыңдыгы, көзөнөктүүлүгү жана заряддоо жана разряд процессиндеги кошумча продуктулар. Биринчи экөөнү түшүнүү оңой. Батарея демонтаждалгандан кийин сепаратордо көбүнчө күрөң материалдын калың катмары, анын ичинде графит терс электрод жана анын реакциясынын кошумча продуктулары кездешет, бул диафрагма тешикчелерин жаап, батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартат.

Учурдагы коллектордук субстрат

Учурдагы коллектордун материалы, калыңдыгы, туурасы жана өтмөктөр менен байланыш даражасы электрондук импеданска таасир этет. Учурдагы коллектор кычкылданбаган жана пассивдештирилбеген субстратты тандап алышы керек, антпесе ал импеданска таасирин тийгизет. Жез жана алюминий фольга жана өтмөктөрдүн ортосундагы начар ширетүүдө да электрондук импеданс таасир этет.

Байланыш каршылыгы

Байланыш каршылыгы жез менен алюминий фольгасынын жана активдүү материалдын ортосундагы контакттын ортосунда түзүлөт жана оң жана терс электрод пасталарынын адгезиясына көңүл буруу керек.

Поляризацияланган ички каршылык

Электроддор аркылуу ток өткөндө электроддук потенциалдын тең салмактуулук электроддук потенциалынан четтөө кубулушу электроддун поляризациясы деп аталат. Поляризация омикалык поляризацияны, электрохимиялык поляризацияны жана концентрациялык поляризацияны камтыйт. Поляризацияга каршылык деп электрохимиялык реакция учурунда аккумулятордун оң электрод менен терс электродунун поляризациясынан келип чыккан ички каршылык айтылат. Ал аккумулятордун ички консистенциясын чагылдыра алат, бирок операциянын жана ыкманын таасиринен улам өндүрүшкө ылайыктуу эмес. Ички поляризациялык каршылык туруктуу эмес, ал заряддоо жана заряддоо процессинде убакыттын өтүшү менен өзгөрөт. Себеби активдүү заттын курамы, электролиттин концентрациясы жана температурасы дайыма өзгөрүп турат. Омдук ички каршылык Ом мыйзамына баш ийет, ал эми поляризациянын ички каршылыгы токтун тыгыздыгы жогорулаган сайын өсөт, бирок бул сызыктуу байланыш эмес. Учурдагы тыгыздыктын логарифминин көбөйүшү менен ал көбүнчө сызыктуу өсөт.

Структуралык дизайн таасири

Батареянын түзүлүшүн долбоорлоодо, аккумулятордун түзүмүн тактоо жана ширетүүдөн тышкары, батареянын өтмөктөрүнүн саны, өлчөмү жана жайгашкан жери батареянын ички каршылыгына түздөн-түз таасир этет. Белгилүү бир деңгээлде өтмөктөрдүн санын көбөйтүү батареянын ички каршылыгын эффективдүү азайтышы мүмкүн. Өтмөктөрдүн абалы да батареянын ички каршылыгына таасир этет. оң жана терс уюл даана башындагы тилкеси абалы менен жара батареянын ички каршылыгы ири болуп саналат. Жараланган батарея менен салыштырганда, ламинатталган батарея параллелдүү ондогон кичинекей батареяларга барабар. , Анын ички каршылыгы азыраак.

Чийки заттын эффективдуулугу

Positive and negative active materials

Литий батарейкаларында оң электрод материалы литий сактагыч тарабы болуп саналат, ал литий батареясынын иштешин көбүрөөк аныктайт. Оң электрод материалы негизинен каптоо жана допинг аркылуу бөлүкчөлөрдүн ортосундагы электрондук өткөргүчтүктү жакшыртат. Мисалы, Ni менен допинг PO байланышын бекемдейт, LiFePO4/C түзүмүн турукташтырат, клетканын көлөмүн оптималдаштырат жана оң электроддук материалдын заряд өткөрүү каршылыгын эффективдүү азайтат. Активдештирүү поляризациясынын олуттуу өсүшү, айрыкча терс электроддун активдештирүү поляризациясы олуттуу поляризациянын негизги себеби болуп саналат. Терс электроддун бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн азайтуу терс электроддун активдүү поляризациясын натыйжалуу азайтат. Терс электроддун катуу фазасынын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү эки эсеге азайганда, активдүү поляризацияны 45% га кыскартууга болот. Ошондуктан, батареянын дизайны жагынан, оң жана терс материалдардын өздөрүн жакшыртуу боюнча изилдөөлөр да зарыл.

Өткөргүч агент

Графит жана кара көмүртек жакшы касиеттеринен улам литий батареялары тармагында кеңири колдонулат. Графиттин негизиндеги өткөргүч агентке салыштырмалуу, көмүртектин карасынын негизиндеги өткөргүч агенти бар оң электрод батареянын ылдамдыгын жакшыраак аткарат, анткени графиттин негизиндеги өткөргүч бөлүкчөлөрдүн кабыкча морфологиясына ээ, бул чоң ылдамдыкта тешикчелердин бурмаланышынын чоң өсүшүнө алып келет жана Li суюк фазасынын диффузиясы оңой болот. Процесс разряддын кубаттуулугун чектеген көрүнүш. CNTs кошулган батареянын ички каршылыгы азыраак, анткени графит/карбон кара жана активдүү материалдын ортосундагы чекиттик контактка салыштырмалуу, жипчелүү көмүртек нанотүтүкчөлөрү активдүү материал менен линия байланышта болот, бул батареянын интерфейсинин импедансын азайтышы мүмкүн.

Учурдагы коллектор

Учурдагы коллектор менен активдүү материалдын ортосундагы интерфейстин каршылыгын азайтуу жана экөөнүн ортосундагы байланыш күчүн жогорулатуу литий батареяларынын иштешин жакшыртуунун маанилүү каражаты болуп саналат. Алюминий фольгасынын бетине өткөргүч көмүртек каптоосун жабуу жана алюминий фольгадагы корона менен дарылоо батареянын интерфейсинин импедансын натыйжалуу азайтат. Жөнөкөй алюминий фольга менен салыштырганда, көмүртек менен капталган алюминий фольга колдонуу батареянын ички каршылыгын 65% га азайтат жана колдонуу учурунда батареянын ички каршылыгынын өсүшүн азайтышы мүмкүн. Корона менен иштетилген алюминий фольгасынын AC ички каршылыгын 20% га кыскартууга болот. Көбүнчө колдонулган 20% ~ 90% SOC диапазонунда, жалпы DC ички каршылыгы салыштырмалуу аз жана разряддын тереңдиги өскөн сайын өсүш акырындык менен аз болот.

калпакча

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%.

Өндүрүш процессинин жана колдонуу шарттарынын аспектилеринен, батареянын ички каршылыгына таасир этүүчү факторлор негизинен төмөнкүлөрдү камтыйт:

Процесс факторлору таасир этет

Пульпинг

аралаштыруу учурунда суспензия дисперсиясынын бирдейлиги, өткөргүчтүн аны менен тыгыз байланышта болгон активдүү материалда бирдей дисперстүү болушуна таасир этет, бул батареянын ички каршылыгына байланыштуу. Жогорку ылдамдыктагы дисперсияны жогорулатуу менен, суспензия дисперсиясынын бирдейлиги жакшыртылышы мүмкүн, ал эми батареянын ички каршылыгы азыраак болот. Беттик-активдүү затты кошуу менен электроддогу өткөргүчтүн таралышынын бирдейлигин жакшыртса, электрохимиялык поляризацияны азайтып, разряддын орточо чыңалуусун жогорулатууга болот.

катмар

Аянттын тыгыздыгы батареянын дизайнынын негизги параметрлеринин бири болуп саналат. Батареянын кубаттуулугу туруктуу болгондо, уюлдардын беттик тыгыздыгын жогорулатуу токтун коллекторунун жана диафрагманын жалпы узундугун сөзсүз түрдө кыскартат, ал эми батареянын омикалык каршылыгы ошого жараша төмөндөйт. Демек, белгилүү бир диапазондо, Батареянын ички каршылыгы аймактын тыгыздыгы жогорулаган сайын азаят. Каптоо жана кургатуу учурунда эриткичтин молекулаларынын миграциясы жана бөлүнүшү мештин температурасы менен тыгыз байланышта болот, ал түздөн-түз уюл бөлүгүндө туташтыргычтын жана өткөргүчтүн бөлүштүрүлүшүнө таасир этет, андан кийин уюлдун бөлүгүндө өткөргүч тордун пайда болушуна таасир этет. Ошондуктан, каптоо жана кургатуу процесси Температура да батареянын иштешин оптималдаштыруу үчүн маанилүү процесс болуп саналат.

Rolling

Белгилүү бир даражада батареянын ички каршылыгы тыгыздыктын тыгыздыгы жогорулаган сайын азаят. Анткени тыгыздалуу тыгыздыгы жогорулайт, чийки заттын бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы аралык азаят. Бөлүкчөлөрдүн ортосундагы байланыш канчалык көп болсо, ошончолук өткөргүч көпүрөлөр жана каналдар жана батарейка Кедергиси азаят. Кысуунун тыгыздыгын көзөмөлдөө негизинен прокаттын калыңдыгы менен ишке ашат. Ар кандай прокат калыңдыгы батареянын ички каршылыгына көбүрөөк таасир этет. Прокаттын калыңдыгы чоң болгондо, активдүү материалдын бекем оролбогондугуна байланыштуу активдүү материал менен ток коллекторунун ортосундагы контакт каршылыгы жогорулап, батареянын ички каршылыгы күчөйт. Батареяны айланткандан кийин, батареянын оң электрод бетинде салыштырмалуу жоон прокаттоо калыңдыгы менен жаракалар пайда болот, бул поляк бөлүгүнүн беттик активдүү материалы менен токтун коллекторунун ортосундагы контакт каршылыгын андан ары жогорулатат.

Уюлдун кесиминин айлануу убактысы

Оң электроддун ар кандай текче убактысы батареянын ички каршылыгына көбүрөөк таасир этет. Текче убактысы кыска болгондо, батареянын ички каршылыгы литий темир фосфатынын жана литий темир фосфатынын бетине көмүртек каптоочу катмардын таасиринен улам жай өсөт; Батарея узак убакытка (23 сааттан ашык) калганда, литий темир фосфатынын суу менен реакциясынын бириккен таасири жана жабыштыргычтын жабышуусунан улам батареянын ички каршылыгы кыйла жогорулайт. Ошондуктан, чыныгы өндүрүштө поляк даанасынын айлануу убактысын катуу көзөмөлгө алуу зарыл.

Суюк инъекция

Электролиттин иондук өткөргүчтүгү батареянын ички каршылыгын жана ылдамдык мүнөздөмөлөрүн аныктайт. Электролиттин өткөргүчтүгү эриткичтин илешкектүүлүгүнө тескери пропорционалдуу, ага литий тузунун концентрациясы жана аниондордун өлчөмү да таасир этет. Өткөргүчтүктү оптималдаштыруу изилдөөсүнөн тышкары, инъекциянын көлөмү жана инъекциядан кийинки инфильтрация убактысы да батареянын ички каршылыгына түздөн-түз таасир этет. Чакан инъекциянын көлөмү же жетишсиз инфильтрация убактысы батареянын ички каршылыгын өтө чоң кылып, батареянын ойноо мүмкүнчүлүгүнө таасирин тийгизет.

Колдонуу шарттарынын таасири

температура

Ички каршылыкка температуранын таасири айкын көрүнүп турат. Температура канчалык төмөн болсо, батареянын ичиндеги иондордун өткөрүлүшү ошончолук жайыраак жана батареянын ички каршылыгы ошончолук чоң болот. Батареянын импедансы жапырт импеданс, SEI мембраналык импеданс жана заряд өткөрүү импедансы болуп бөлүнөт. жапырт импеданс жана SEI мембраналык импеданс негизинен электролит иондук өткөргүчтүгү менен таасир этет, жана төмөнкү температурада өзгөрүү тенденциясы электролит өткөрүмдүүлүктүн өзгөрүү тенденциясына шайкеш келет. Төмөн температурада жапырт импеданстын жана SEI пленкасынын каршылыгынын өсүшү менен салыштырганда, заряддын реакциясынын импедансы температуранын төмөндөшү менен кыйла жогорулайт. -20°C төмөн, заряд реакциясынын импедансы батареянын жалпы ички каршылыгынын дээрлик 100% түзөт.

SOC

Батарея ар кандай SOCде болгондо, анын ички каршылыгы да башкача болот, айрыкча DC ички каршылыгы батареянын кубаттуулугуна түздөн-түз таасирин тийгизет, андан кийин батареянын иш жүзүндөгү иштешин чагылдырат: литий батареясынын DC ички каршылыгы өзгөрөт. батареянын разряддын тереңдиги DOD Ички каршылык 10% ~ 80% разряд интервалында негизинен өзгөргөн жок. Жалпысынан алганда, ички каршылык бир кыйла тереңирээк разряддын тереңдигинде жогорулайт.

сактоочу жай

Литий-иондук батарейкаларды сактоо убактысы көбөйгөн сайын, батарейкалар эскирип, алардын ички каршылыгы көбөйө берет. Литий батарейкаларынын ар кандай түрлөрү ички каршылыктын өзгөрүшүнүн ар кандай даражасына ээ. 9-10 ай сакталган узак мөөнөттөн кийин, LFP батарейкаларынын ички каршылыктын жогорулашы NCA жана NCM батарейкаларына караганда жогору. Ички каршылыктын өсүү ылдамдыгы сактоо убактысына, сактоо температурасына жана SOC сактоого байланыштуу

цикл

Сактоо болобу же велосипед менен жүрүү болобу, температура батареянын ички каршылыгына бирдей таасир этет. Циклдин температурасы канчалык жогору болсо, ички каршылыктын өсүшү ошончолук жогору болот. Ар кандай цикл аралыктары батареянын ички каршылыгына ар кандай таасир этет. Батареянын ички каршылыгы заряддын жана разряддын тереңдигинин өсүшү менен жогорулайт, ал эми ички каршылыктын өсүшү заряддын жана разряддын тереңдигине пропорционалдуу. Циклдеги заряддын жана разряддын тереңдигинин таасиринен тышкары, зарядды өчүрүү чыңалуусу да таасирин тийгизет: заряддын чыңалуусунун өтө төмөн же өтө жогору жогорку чеги электроддун интерфейсинин импедансын жогорулатат, а пассивация пленкасы өтө төмөн жогорку чек чыңалуу астында жакшы пайда болушу мүмкүн эмес, ал эми өтө жогорку чыңалуу жогорку чеги электролит кычкылданууга жана LiFePO4 электродунун бетинде ыдырап, электр өткөрүмдүүлүгү төмөн продукттарды пайда кылат.

башка

Унаага орнотулган литий батарейкалар сөзсүз түрдө практикалык колдонмолордо жолдун начар шарттарына туш болушат, бирок изилдөөлөр литий батареясынын титирөө чөйрөсү колдонуу процессинде литий батареясынын ички каршылыгына дээрлик эч кандай таасир эте албайт деп тапты.

көрүнүш

Ички каршылык литий-ион кубаттуулугун өлчөө жана батареянын иштөө мөөнөтүн баалоо үчүн маанилүү параметр болуп саналат. Ички каршылык канчалык чоң болсо, батареянын көрсөткүчү ошончолук начар, ал сактоо жана кайра иштетүү учурунда ошончолук тезирээк көбөйөт. Ички каршылык батареянын түзүлүшүнө, батареянын материалдык мүнөздөмөлөрүнө жана өндүрүш процессине байланыштуу жана айлана-чөйрөнүн температурасынын жана заряддын абалынын өзгөрүшүнө жараша өзгөрөт. Ошондуктан, ички каршылык төмөн батареяларды иштеп чыгуу батареянын кубаттуулугун жогорулатуунун ачкычы болуп саналат, жана ошол эле учурда, батареянын ички каршылыгын өзгөртүү мыйзамдарын өздөштүрүү батареянын иштөө мөөнөтүн болжолдоо үчүн абдан маанилүү практикалык мааниге ээ.