Lietojot litija baterijas, akumulatora veiktspēja turpina samazināties, galvenokārt samazinoties jaudai, palielinoties iekšējai pretestībai, samazinoties jaudai utt. Akumulatora iekšējās pretestības izmaiņas ietekmē dažādi lietošanas apstākļi, piemēram, temperatūra un izlādes dziļums. Tāpēc faktori, kas ietekmē akumulatora iekšējo pretestību, ir aprakstīti akumulatora struktūras dizaina, izejmateriālu veiktspējas, ražošanas procesa un lietošanas apstākļu ziņā.

Pretestība ir pretestība, ko litija akumulators saņem, kad strāva plūst akumulatora iekšpusē, kad tā darbojas. Parasti litija bateriju iekšējā pretestība ir sadalīta omu iekšējā pretestībā un polarizācijas iekšējā pretestībā. Ohmiskā iekšējā pretestība sastāv no elektrodu materiāla, elektrolīta, diafragmas pretestības un katras daļas kontakta pretestības. Polarizācijas iekšējā pretestība attiecas uz pretestību, ko izraisa polarizācija elektroķīmiskās reakcijas laikā, ieskaitot elektroķīmiskās polarizācijas iekšējo pretestību un koncentrācijas polarizācijas iekšējo pretestību. Akumulatora omisko iekšējo pretestību nosaka kopējā akumulatora vadītspēja, un akumulatora polarizācijas iekšējo pretestību nosaka litija jonu cietās fāzes difūzijas koeficients elektroda aktīvajā materiālā.

Ohm pretestība

Omiskā pretestība galvenokārt ir sadalīta trīs daļās, viena ir jonu pretestība, otra ir elektroniskā pretestība un trešā ir kontakta pretestība. Mēs ceram, ka litija akumulatora iekšējā pretestība ir pēc iespējas mazāka, tāpēc mums ir jāveic īpaši pasākumi, lai samazinātu omisko iekšējo pretestību šiem trim elementiem.

Jonu pretestība

Litija akumulatora jonu pretestība attiecas uz pretestību pret litija jonu pārnešanu akumulatorā. Litija akumulatorā litija jonu migrācijas ātrumam un elektronu vadīšanas ātrumam ir vienlīdz svarīga loma, un jonu pretestību galvenokārt ietekmē pozitīvie un negatīvie elektrodu materiāli, separators un elektrolīts. Lai samazinātu jonu pretestību, jums jāveic šādas darbības:

Pārliecinieties, ka pozitīvajiem un negatīvajiem materiāliem un elektrolītam ir laba mitrināmība

Projektējot staba gabalu, ir nepieciešams izvēlēties piemērotu blīvēšanas blīvumu. Ja blīvēšanas blīvums ir pārāk liels, elektrolīts nav viegli iefiltrējams, kas palielinās jonu pretestību. Negatīvā pola gabalam, ja SEI plēve, kas veidojas uz aktīvā materiāla virsmas pirmās uzlādes un izlādes laikā, ir pārāk bieza, tas arī palielinās jonu pretestību. Šobrīd ir nepieciešams pielāgot akumulatora veidošanās procesu, lai to atrisinātu.

Elektrolīta ietekme

Elektrolītam jābūt ar atbilstošu koncentrāciju, viskozitāti un vadītspēju. Ja elektrolīta viskozitāte ir pārāk augsta, tā neveicina infiltrāciju starp elektrolītu un pozitīvo un negatīvo elektrodu aktīvajiem materiāliem. Tajā pašā laikā elektrolītam ir nepieciešama arī zema koncentrācija, pārāk augsta koncentrācija arī neveicina tā plūsmu un infiltrāciju. Elektrolīta vadītspēja ir vissvarīgākais jonu pretestību ietekmējošais faktors, kas nosaka jonu migrāciju.

Diafragmas ietekme uz jonu pretestību

Galvenie diafragmas ietekmējošie faktori uz jonu pretestību ir: elektrolītu sadalījums diafragmā, diafragmas laukums, biezums, poru izmērs, porainība un līkumainības koeficients. Keramikas diafragmām ir arī jānovērš to, ka keramikas daļiņas bloķē diafragmas poras, kas neveicina jonu pāreju. Nodrošinot elektrolīta pilnīgu iesūkšanos diafragmā, tajā nedrīkst palikt lieks elektrolīts, kas samazina elektrolīta efektivitāti.

Elektroniskā pretestība

Ir daudzi elektroniskās pretestības ietekmējošie faktori, kurus var uzlabot no tādiem aspektiem kā materiāli un procesi.

Pozitīvās un negatīvās plāksnes

Galvenie faktori, kas ietekmē pozitīvo un negatīvo plākšņu elektronisko pretestību, ir: kontakts starp aktīvo materiālu un strāvas kolektoru, paša aktīvā materiāla faktori un plāksnes parametri. Aktīvajam materiālam jābūt pilnā saskarē ar strāvas kolektora virsmu, ko var uzskatīt no strāvas kolektora vara folijas, alumīnija folijas pamatmateriāla un pozitīvo un negatīvo elektrodu pastas saķeres. Paša dzīvā materiāla porainība, blakusprodukti uz daļiņu virsmas un nevienmērīga sajaukšanās ar vadošo vielu utt. izraisīs elektroniskās pretestības izmaiņas. Polārās plāksnes parametri, piemēram, dzīvās vielas blīvums ir pārāk mazs, atstarpe starp daļiņām ir pārāk liela, kas neveicina elektronu vadītspēju.

Diafragma

Galvenie faktori, kas ietekmē diafragmas elektronisko pretestību, ir: diafragmas biezums, porainība un blakusprodukti uzlādes un izlādes procesā. Pirmie divi ir viegli saprotami. Pēc akumulatora izjaukšanas uz separatora bieži tiek atrasts biezs brūna materiāla slānis, ieskaitot grafīta negatīvo elektrodu un tā reakcijas blakusproduktus, kas bloķēs diafragmas poras un samazinās akumulatora kalpošanas laiku.

Strāvas kolektora substrāts

Materiāls, biezums, strāvas kolektora platums un saskares pakāpe ar cilnēm ietekmē elektronisko pretestību. Strāvas kolektoram ir jāizvēlas substrāts, kas nav oksidēts un pasivēts, pretējā gadījumā tas ietekmēs pretestību. Slikta metināšana starp vara un alumīnija foliju un izciļņiem ietekmēs arī elektronisko pretestību.

Saskares pretestība

Kontakta pretestība veidojas starp vara un alumīnija folijas kontaktu ar aktīvo materiālu, un ir jāpievērš uzmanība pozitīvo un negatīvo elektrodu pastas saķerei.

Polarizēta iekšējā pretestība

Kad strāva iet cauri elektrodiem, parādību, ka elektroda potenciāls novirzās no līdzsvara elektroda potenciāla, sauc par elektrodu polarizāciju. Polarizācija ietver omu polarizāciju, elektroķīmisko polarizāciju un koncentrācijas polarizāciju. Polarizācijas pretestība attiecas uz iekšējo pretestību, ko izraisa akumulatora pozitīvā elektroda un negatīvā elektroda polarizācija elektroķīmiskās reakcijas laikā. Tas var atspoguļot akumulatora iekšējo konsistenci, taču tas nav piemērots ražošanai darbības un metodes ietekmes dēļ. Iekšējā polarizācijas pretestība nav nemainīga, un tā mainās laika gaitā uzlādes un izlādes procesa laikā. Tas ir tāpēc, ka aktīvā materiāla sastāvs, elektrolīta koncentrācija un temperatūra pastāvīgi mainās. Ohmiskā iekšējā pretestība pakļaujas Ohma likumam, un polarizācijas iekšējā pretestība palielinās, palielinoties strāvas blīvumam, bet tā nav lineāra sakarība. Tas bieži palielinās lineāri, palielinoties strāvas blīvuma logaritmam.

Strukturālā dizaina ietekme

Akumulatora konstrukcijas konstrukcijā papildus pašas akumulatora konstrukcijas kniedēšanai un metināšanai akumulatora izciļņu skaits, izmērs un atrašanās vieta tieši ietekmē akumulatora iekšējo pretestību. Zināmā mērā cilņu skaita palielināšana var efektīvi samazināt akumulatora iekšējo pretestību. Cilņu novietojums ietekmē arī akumulatora iekšējo pretestību. Satītā akumulatora iekšējā pretestība ar mēlītes pozīciju pozitīvā un negatīvā pola daļā ir vislielākā. Salīdzinājumā ar ievainoto akumulatoru, laminētais akumulators ir līdzvērtīgs desmitiem mazu akumulatoru paralēli. , Tā iekšējā pretestība ir mazāka.

Izejvielu veiktspējas ietekme

Positive and negative active materials

Litija akumulatoros pozitīvais elektrodu materiāls ir litija uzglabāšanas puse, kas vairāk nosaka litija akumulatora veiktspēju. Pozitīvā elektroda materiāls galvenokārt uzlabo elektronisko vadītspēju starp daļiņām, izmantojot pārklājumu un dopingu. Piemēram, dopings ar Ni uzlabo PO saites stiprību, stabilizē LiFePO4/C struktūru, optimizē šūnu tilpumu un var efektīvi samazināt pozitīvā elektroda materiāla lādiņa pārneses pretestību. Ievērojams aktivācijas polarizācijas pieaugums, īpaši negatīvā elektroda aktivācijas polarizācija, ir galvenais nopietnas polarizācijas iemesls. Negatīvā elektroda daļiņu izmēra samazināšana var efektīvi samazināt negatīvā elektroda aktīvo polarizāciju. Kad negatīvā elektroda cietās fāzes daļiņu izmērs tiek samazināts uz pusi, aktīvo polarizāciju var samazināt par 45%. Tāpēc, runājot par akumulatoru konstrukciju, neiztrūkstoši ir arī pētījumi par pašu pozitīvo un negatīvo materiālu uzlabošanu.

Vadītspējīgs līdzeklis

Grafīts un ogle tiek plaši izmantots litija bateriju jomā to labo īpašību dēļ. Salīdzinot ar vadošo vielu uz grafīta bāzes, pozitīvajam elektrodam ar vadošo vielu uz ogļu bāzes ir labāka akumulatora jaudas veiktspēja, jo vadošajam aģentam uz grafīta bāzes ir pārslveida daļiņu morfoloģija, kas lielā ātrumā izraisa lielu poru līkumainības pieaugumu, un Li šķidrās fāzes difūzija ir viegli notiek Parādība, ka process ierobežo izlādes jaudu. Akumulatoram, kuram pievienoti CNT, ir zemāka iekšējā pretestība, jo, salīdzinot ar grafīta/oglekļa un aktīvo materiālu punktveida kontaktu, šķiedru oglekļa nanocaurules atrodas līnijā ar aktīvo materiālu, kas var samazināt akumulatora saskarnes pretestību.

Pašreizējais savācējs

Interfeisa pretestības samazināšana starp strāvas kolektoru un aktīvo materiālu un savienojuma stiprības uzlabošana starp abiem ir svarīgi līdzekļi litija bateriju veiktspējas uzlabošanai. Alumīnija folijas virsmas pārklāšana ar vadošu oglekļa pārklājumu un alumīnija folijas korona apstrāde var efektīvi samazināt akumulatora saskarnes pretestību. Salīdzinot ar parasto alumīnija foliju, ar oglekli pārklātas alumīnija folijas izmantošana var samazināt akumulatora iekšējo pretestību par aptuveni 65%, kā arī var samazināt akumulatora iekšējās pretestības palielināšanos lietošanas laikā. Ar korona apstrādātas alumīnija folijas maiņstrāvas iekšējo pretestību var samazināt par aptuveni 20%. Parasti izmantotajā 20% ~ 90% SOC diapazonā kopējā līdzstrāvas iekšējā pretestība ir salīdzinoši neliela, un pieaugums pakāpeniski samazinās, palielinoties izlādes dziļumam.

Diafragma

Jonu vadītspēja akumulatora iekšpusē ir atkarīga no litija jonu difūzijas elektrolītā caur poraino diafragmu. Diafragmas šķidruma absorbcijas un mitrināšanas spēja ir laba jonu plūsmas kanāla veidošanas atslēga. Ja diafragmai ir lielāks šķidruma absorbcijas ātrums un poraina struktūra, to var uzlabot. Vadītspēja samazina akumulatora pretestību un uzlabo akumulatora darbības ātrumu. Salīdzinot ar parastajām pamata membrānām, keramikas diafragmas un gumijas pārklājuma membrānas var ne tikai ievērojami uzlabot diafragmas izturību pret saraušanos augstā temperatūrā, bet arī uzlabot membrānas šķidruma absorbcijas un mitrināšanas spēju. SiO2 keramikas pārklājuma pievienošana PP diafragmai var likt diafragmai absorbēt šķidrumu. Tilpums palielinājās par 17%. Pārklājot 1 μm PVDF-HFP uz PP/PE kompozītmateriāla diafragmas, diafragmas šķidruma absorbcijas ātrums tiek palielināts no 70% līdz 82%, un šūnas iekšējā pretestība tiek samazināta par vairāk nekā 20%.

No ražošanas procesa un lietošanas apstākļu aspektiem faktori, kas ietekmē akumulatora iekšējo pretestību, galvenokārt ir:

Procesa faktori ietekmē

Pulošana

Suspensijas dispersijas viendabīgums sajaukšanas laikā ietekmē to, vai vadošais līdzeklis var vienmērīgi izkliedēties aktīvajā materiālā ciešā saskarē ar to, kas ir saistīts ar akumulatora iekšējo pretestību. Palielinot ātrgaitas izkliedi, var uzlabot vircas dispersijas viendabīgumu, un akumulatora iekšējā pretestība būs mazāka. Pievienojot virsmaktīvo vielu, var uzlabot vadošā līdzekļa sadalījuma vienmērīgumu elektrodā, var samazināt elektroķīmisko polarizāciju un palielināt vidējo izlādes spriegumu.

Pārklājums

Laukuma blīvums ir viens no galvenajiem akumulatora konstrukcijas parametriem. Ja akumulatora jauda ir nemainīga, polu gabalu virsmas blīvuma palielināšana neizbēgami samazinās strāvas kolektora un diafragmas kopējo garumu, un attiecīgi samazināsies akumulatora omiskā pretestība. Tāpēc noteiktā diapazonā akumulatora iekšējā pretestība samazinās, palielinoties apgabala blīvumam. Šķīdinātāja molekulu migrācija un atdalīšana pārklāšanas un žāvēšanas laikā ir cieši saistīta ar krāsns temperatūru, kas tieši ietekmē saistvielas un vadošā līdzekļa sadalījumu pola daļā un pēc tam ietekmē vadošā režģa veidošanos pola gabala iekšpusē. Tāpēc pārklāšanas un žāvēšanas process Temperatūra ir arī svarīgs process akumulatora darbības optimizēšanai.

Ripo

Zināmā mērā akumulatora iekšējā pretestība samazinās, palielinoties blīvējuma blīvumam. Tā kā blīvēšanas blīvums palielinās, attālums starp izejmateriāla daļiņām samazinās. Jo lielāks kontakts starp daļiņām, jo ​​vairāk vadošu tiltu un kanālu, un akumulators. Pretestība ir samazināta. Blīvēšanas blīvuma kontrole galvenokārt tiek panākta ar velmēšanas biezumu. Dažādiem velmēšanas biezumiem ir lielāka ietekme uz akumulatora iekšējo pretestību. Ja velmēšanas biezums ir liels, kontakta pretestība starp aktīvo materiālu un strāvas kolektoru palielinās, jo aktīvā materiāla cieši velmēšana nav iespējama, un palielinās akumulatora iekšējā pretestība. Pēc tam, kad akumulators ir iedarbināts, uz akumulatora pozitīvā elektroda virsmas veidojas plaisas ar salīdzinoši biezu velmēšanas biezumu, kas vēl vairāk palielinās kontakta pretestību starp pola daļas virsmas aktīvo materiālu un strāvas kolektoru.

Pola gabalu apgrozījuma laiks

Pozitīvā elektroda atšķirīgajam glabāšanas laikam ir lielāka ietekme uz akumulatora iekšējo pretestību. Kad glabāšanas laiks ir īss, akumulatora iekšējā pretestība lēnām palielināsies oglekļa pārklājuma slāņa ietekmes dēļ uz litija dzelzs fosfāta un litija dzelzs fosfāta virsmu; Ja akumulators tiek atstāts uz ilgu laiku (vairāk nekā 23h), akumulatora iekšējā pretestība ievērojami palielinās litija dzelzs fosfāta reakcijas ar ūdeni un līmes adhēzijas kopējās ietekmes dēļ. Tāpēc faktiskajā ražošanā ir stingri jākontrolē stabu gabalu aprites laiks.

Šķidruma injekcija

Elektrolīta jonu vadītspēja nosaka akumulatora iekšējo pretestību un ātruma raksturlielumus. Elektrolīta vadītspēja ir apgriezti proporcionāla šķīdinātāja viskozitātei, un to ietekmē arī litija sāls koncentrācija un anjonu lielums. Papildus vadītspējas optimizācijas pētījumiem iesmidzināšanas tilpums un infiltrācijas laiks pēc injekcijas tieši ietekmē arī akumulatora iekšējo pretestību. Neliels injekcijas tilpums vai nepietiekams infiltrācijas laiks izraisīs pārāk lielu akumulatora iekšējo pretestību, tādējādi ietekmējot akumulatora atskaņošanas spēju.

Lietošanas apstākļu ietekme

temperatūra

Temperatūras ietekme uz iekšējo pretestību ir acīmredzama. Jo zemāka temperatūra, jo lēnāka jonu pārraide akumulatora iekšpusē un lielāka akumulatora iekšējā pretestība. Akumulatora pretestību var iedalīt lielapjoma pretestībā, SEI membrānas pretestībā un lādiņa pārneses pretestībā. Lielapjoma pretestību un SEI membrānas pretestību galvenokārt ietekmē elektrolīta jonu vadītspēja, un izmaiņu tendence zemā temperatūrā atbilst elektrolīta vadītspējas izmaiņu tendencei. Salīdzinot ar tilpuma pretestības un SEI plēves pretestības pieaugumu zemās temperatūrās, lādiņa reakcijas pretestība palielinās ievērojami, pazeminoties temperatūrai. Zem -20°C uzlādes reakcijas pretestība veido gandrīz 100% no kopējās akumulatora iekšējās pretestības.

SOC

Ja akumulators atrodas citā SOC, arī tā iekšējā pretestība ir atšķirīga, jo īpaši līdzstrāvas iekšējā pretestība tieši ietekmē akumulatora jaudas veiktspēju un pēc tam atspoguļo akumulatora veiktspēju faktiskajā stāvoklī: litija akumulatora līdzstrāvas iekšējā pretestība mainās atkarībā no akumulatora izlādes dziļums DOD Iekšējā pretestība būtībā nemainās 10% ~ 80% izlādes intervālā. Parasti iekšējā pretestība ievērojami palielinās dziļākā izlādes dziļumā.

glabāšana

Palielinoties litija jonu akumulatoru uzglabāšanas laikam, akumulatori turpina novecot, un to iekšējā pretestība turpina palielināties. Dažādu veidu litija akumulatoriem ir dažādas iekšējās pretestības izmaiņu pakāpes. Pēc ilgstošas ​​uzglabāšanas 9-10 mēnešus LFP akumulatoru iekšējās pretestības pieauguma temps ir lielāks nekā NCA un NCM akumulatoriem. Iekšējās pretestības palielināšanās ir saistīta ar uzglabāšanas laiku, uzglabāšanas temperatūru un uzglabāšanas SOC

cikls

Neatkarīgi no tā, vai tā ir uzglabāšana vai braukšana ar velosipēdu, temperatūrai ir tāda pati ietekme uz akumulatora iekšējo pretestību. Jo augstāka cikla temperatūra, jo lielāks ir iekšējās pretestības pieauguma temps. Dažādiem ciklu intervāliem ir atšķirīga ietekme uz akumulatora iekšējo pretestību. Akumulatora iekšējā pretestība palielinās, palielinoties uzlādes un izlādes dziļumam, un iekšējās pretestības pieaugums ir proporcionāls uzlādes un izlādes dziļuma pieaugumam. Papildus uzlādes un izlādes dziļuma ietekmei ciklā ietekme ir arī lādiņa atslēgšanas spriegumam: pārāk zema vai pārāk augsta lādēšanas sprieguma augšējā robeža palielinās elektroda saskarnes pretestību un pasivācijas plēvi nevar labi izveidot zem pārāk zema augšējā robežsprieguma, un pārāk augsta sprieguma augšējā robeža izraisīs elektrolīta oksidēšanos un sadalīšanos uz LiFePO4 elektroda virsmas, veidojot produktus ar zemu elektrovadītspēju.

cits

Transportlīdzekļos uzstādīti litija akumulatori praktiskos lietojumos neizbēgami piedzīvos sliktus ceļa apstākļus, taču pētījumi ir atklājuši, ka litija akumulatora vibrācijas vide gandrīz neietekmē litija akumulatora iekšējo pretestību lietošanas procesā.

perspektīva

Iekšējā pretestība ir svarīgs parametrs, lai izmērītu litija jonu jaudas veiktspēju un novērtētu akumulatora darbības laiku. Jo lielāka ir iekšējā pretestība, jo sliktāka ir akumulatora veiktspēja, un jo ātrāk tā palielinās uzglabāšanas un pārstrādes laikā. Iekšējā pretestība ir saistīta ar akumulatora struktūru, akumulatora materiāla īpašībām un ražošanas procesu, kā arī izmaiņām, mainoties apkārtējās vides temperatūrai un uzlādes stāvoklim. Tāpēc zemas iekšējās pretestības akumulatoru izstrāde ir galvenais, lai uzlabotu akumulatora jaudas veiktspēju, un tajā pašā laikā mainīgo akumulatora iekšējās pretestības likumu apguvei ir ļoti svarīga praktiska nozīme akumulatora darbības laika prognozēšanā.