Me përdorimin e baterive të litiumit, performanca e baterisë vazhdon të zbehet, kryesisht me zvogëlimin e kapacitetit, rritjen e rezistencës së brendshme, rënien e fuqisë, etj. Ndryshimi i rezistencës së brendshme të baterisë ndikohet nga kushte të ndryshme përdorimi si temperatura dhe thellësia e shkarkimit. Prandaj, faktorët që ndikojnë në rezistencën e brendshme të baterisë përshkruhen në aspektin e dizajnit të strukturës së baterisë, performancës së lëndës së parë, procesit të prodhimit dhe kushteve të përdorimit.

Rezistenca është rezistenca që merr bateria e litiumit kur rryma rrjedh brenda baterisë kur ajo është duke punuar. Në përgjithësi, rezistenca e brendshme e baterive të litiumit ndahet në rezistencën e brendshme omike dhe rezistencën e brendshme të polarizimit. Rezistenca e brendshme omike përbëhet nga materiali i elektrodës, elektroliti, rezistenca e diafragmës dhe rezistenca e kontaktit të secilës pjesë. Rezistenca e brendshme e polarizimit i referohet rezistencës së shkaktuar nga polarizimi gjatë reaksionit elektrokimik, duke përfshirë rezistencën e brendshme të polarizimit elektrokimik dhe rezistencën e brendshme të polarizimit të përqendrimit. Rezistenca e brendshme omike e baterisë përcaktohet nga përçueshmëria totale e baterisë, dhe rezistenca e brendshme e polarizimit të baterisë përcaktohet nga koeficienti i difuzionit të fazës së ngurtë të joneve të litiumit në materialin aktiv të elektrodës.

Rezistenca Ohm

Rezistenca omike ndahet kryesisht në tre pjesë, njëra është impedanca jonike, tjetra është rezistenca elektronike dhe e treta është rezistenca e kontaktit. Shpresojmë që rezistenca e brendshme e baterisë së litiumit të jetë sa më e vogël, ndaj duhet të marrim masa specifike për të reduktuar rezistencën e brendshme omike për këto tre artikuj.

Impedanca e joneve

Rezistenca e joneve të baterisë së litiumit i referohet rezistencës ndaj transmetimit të joneve të litiumit brenda baterisë. Në një bateri litium, shpejtësia e migrimit të joneve të litiumit dhe shpejtësia e përcjelljes së elektroneve luajnë një rol po aq të rëndësishëm, dhe rezistenca e joneve ndikohet kryesisht nga materialet e elektrodës pozitive dhe negative, ndarësi dhe elektroliti. Për të reduktuar rezistencën e jonit, duhet të bëni sa më poshtë:

Sigurohuni që materialet pozitive dhe negative dhe elektroliti të kenë lagështi të mirë

Është e nevojshme të zgjidhni një densitet të përshtatshëm ngjeshjeje gjatë projektimit të pjesës së shtyllës. Nëse dendësia e ngjeshjes është shumë e madhe, elektroliti nuk është i lehtë për t’u infiltruar, gjë që do të rrisë rezistencën e joneve. Për pjesën e poleve negative, nëse filmi SEI i formuar në sipërfaqen e materialit aktiv gjatë ngarkimit dhe shkarkimit të parë është shumë i trashë, ai gjithashtu do të rrisë rezistencën e joneve. Në këtë kohë, është e nevojshme të rregulloni procesin e formimit të baterisë për ta zgjidhur atë.

Ndikimi i elektrolitit

Elektroliti duhet të ketë përqendrimin, viskozitetin dhe përçueshmërinë e duhur. Kur viskoziteti i elektrolitit është shumë i lartë, ai nuk është i favorshëm për infiltrimin midis elektrolitit dhe materialeve aktive të elektrodave pozitive dhe negative. Në të njëjtën kohë, elektroliti gjithashtu ka nevojë për një përqendrim të ulët, përqendrimi shumë i lartë gjithashtu nuk është i favorshëm për rrjedhën dhe depërtimin e tij. Përçueshmëria e elektrolitit është faktori më i rëndësishëm që ndikon në rezistencën e joneve, i cili përcakton migrimin e joneve.

Ndikimi i diafragmës në rezistencën e joneve

Faktorët kryesorë që ndikojnë në rezistencën e joneve të diafragmës janë: shpërndarja e elektrolitit në diafragmë, zona e diafragmës, trashësia, madhësia e poreve, poroziteti dhe koeficienti i rrotullimit. Për diafragmat qeramike, është gjithashtu e nevojshme të parandalohen grimcat qeramike që të bllokojnë poret e diafragmës, gjë që nuk është e favorshme për kalimin e joneve. Ndërsa sigurohet që elektroliti është infiltruar plotësisht në diafragmë, nuk duhet të ketë mbetur elektrolit i tepërt në të, gjë që redukton efikasitetin e elektrolitit.

Impedanca elektronike

Ka shumë faktorë ndikues të impedancës elektronike, të cilët mund të përmirësohen nga aspekte të tilla si materialet dhe proceset.

Pllaka pozitive dhe negative

Faktorët kryesorë që ndikojnë në impedancën elektronike të pllakave pozitive dhe negative janë: kontakti ndërmjet materialit aktiv dhe kolektorit aktual, faktorët e vetë materialit aktiv dhe parametrat e pllakës. Materiali aktiv duhet të jetë në kontakt të plotë me sipërfaqen e kolektorit aktual, gjë që mund të merret parasysh nga folia e bakrit e kolektorit aktual, materiali bazë i letrës së aluminit dhe ngjitja e pastave të elektrodave pozitive dhe negative. Poroziteti i vetë materialit të gjallë, nënproduktet në sipërfaqen e grimcave dhe përzierja e pabarabartë me agjentin përcjellës, etj., do të shkaktojnë ndryshimin e rezistencës elektronike. Parametrat e pllakës polare të tilla si dendësia e materies së gjallë është shumë e vogël, hendeku midis grimcave është shumë i madh, gjë që nuk është e favorshme për përcjelljen e elektroneve.

Diafragmë

Faktorët kryesorë që ndikojnë në impedancën elektronike të diafragmës janë: trashësia e diafragmës, poroziteti dhe nënproduktet në procesin e ngarkimit dhe shkarkimit. Dy të parat janë të lehta për t’u kuptuar. Pas çmontimit të baterisë, shpesh gjendet një shtresë e trashë materiali kafe në ndarës, duke përfshirë elektrodën negative të grafitit dhe nënproduktet e reagimit të saj, të cilat do të bllokojnë poret e diafragmës dhe do të zvogëlojnë jetëgjatësinë e baterisë.

Nënshtresa e kolektorit aktual

Materiali, trashësia, gjerësia e kolektorit aktual dhe shkalla e kontaktit me skedat ndikojnë të gjitha në rezistencën elektronike. Kolektori aktual duhet të zgjedhë një substrat që nuk është oksiduar dhe pasivuar, përndryshe do të ndikojë në rezistencën e plotë. Saldimi i dobët midis fletës së bakrit dhe aluminit dhe skedave do të ndikojë gjithashtu në rezistencën elektronike.

Rezistenca e kontaktit

Rezistenca e kontaktit formohet midis kontaktit midis fletës së bakrit dhe aluminit dhe materialit aktiv, dhe vëmendje duhet t’i kushtohet ngjitjes së pastave të elektrodave pozitive dhe negative.

Rezistenca e brendshme e polarizuar

Kur rryma kalon nëpër elektroda, fenomeni që potenciali i elektrodës devijon nga potenciali i elektrodës ekuilibër quhet polarizimi i elektrodës. Polarizimi përfshin polarizimin omik, polarizimin elektrokimik dhe polarizimin e përqendrimit. Rezistenca e polarizimit i referohet rezistencës së brendshme të shkaktuar nga polarizimi i elektrodës pozitive dhe elektrodës negative të baterisë gjatë reaksionit elektrokimik. Mund të pasqyrojë qëndrueshmërinë e brendshme të baterisë, por nuk është i përshtatshëm për prodhim për shkak të ndikimit të funksionimit dhe metodës. Rezistenca e polarizimit të brendshëm nuk është konstante dhe ndryshon me kalimin e kohës gjatë procesit të karikimit dhe shkarkimit. Kjo për shkak se përbërja e materialit aktiv, përqendrimi dhe temperatura e elektrolitit ndryshojnë vazhdimisht. Rezistenca e brendshme omike i bindet ligjit të Ohm-it, dhe rezistenca e brendshme e polarizimit rritet me rritjen e densitetit të rrymës, por nuk është një marrëdhënie lineare. Shpesh rritet në mënyrë lineare me rritjen e logaritmit të densitetit të rrymës.

Ndikimi i dizajnit strukturor

Në dizajnin e strukturës së baterisë, përveç ribatinimit dhe saldimit të vetë strukturës së baterisë, numri, madhësia dhe vendndodhja e skedave të baterisë ndikojnë drejtpërdrejt në rezistencën e brendshme të baterisë. Në një masë të caktuar, rritja e numrit të skedave mund të zvogëlojë efektivisht rezistencën e brendshme të baterisë. Pozicioni i skedave ndikon gjithashtu në rezistencën e brendshme të baterisë. Rezistenca e brendshme e baterisë së plagosur me pozicionin e skedës në krye të pjesëve të poleve pozitive dhe negative është më e madhja. Krahasuar me baterinë e plagosur, bateria e laminuar është e barabartë me dhjetëra bateri të vogla paralelisht. , Rezistenca e tij e brendshme është më e vogël.

Ndikimi i performancës së lëndës së parë

Positive and negative active materials

Në bateritë e litiumit, materiali pozitiv i elektrodës është ana e ruajtjes së litiumit, e cila më shumë përcakton performancën e baterisë së litiumit. Materiali i elektrodës pozitive kryesisht përmirëson përçueshmërinë elektronike midis grimcave përmes veshjes dhe dopingut. Për shembull, dopingu me Ni rrit forcën e lidhjes PO, stabilizon strukturën e LiFePO4/C, optimizon vëllimin e qelizës dhe mund të zvogëlojë në mënyrë efektive rezistencën e transferimit të ngarkesës të materialit elektrodë pozitive. Rritja e ndjeshme e polarizimit të aktivizimit, veçanërisht polarizimi i aktivizimit të elektrodës negative, është arsyeja kryesore për polarizimin serioz. Zvogëlimi i madhësisë së grimcave të elektrodës negative mund të zvogëlojë në mënyrë efektive polarizimin aktiv të elektrodës negative. Kur madhësia e grimcave të fazës së ngurtë të elektrodës negative zvogëlohet përgjysmë, polarizimi aktiv mund të reduktohet me 45%. Prandaj, për sa i përket dizajnit të baterisë, kërkimi për përmirësimin e vetë materialeve pozitive dhe negative është gjithashtu i domosdoshëm.

Agjent përçues

Grafiti dhe karboni i zi përdoren gjerësisht në fushën e baterive të litiumit për shkak të vetive të tyre të mira. Krahasuar me agjentin përcjellës me bazë grafit, elektroda pozitive me agjent përçues me bazë karboni të zi ka performancë më të mirë të shpejtësisë së baterisë, sepse agjenti përçues me bazë grafiti ka një morfologji të grimcave të grimcuara, e cila shkakton një rritje të madhe të rrotullimit të poreve me një shpejtësi të madhe, dhe Difuzioni i fazës së lëngshme të Li është i lehtë të ndodhë Fenomeni që procesi kufizon kapacitetin e shkarkimit. Bateria me CNT-të e shtuara ka rezistencë të brendshme më të ulët, sepse në krahasim me kontaktin e pikës midis grafit/karbonit dhe materialit aktiv, nanotubat fibrozë të karbonit janë në kontakt me materialin aktiv, gjë që mund të zvogëlojë rezistencën e ndërfaqes së baterisë.

Koleksionist aktual

Reduktimi i rezistencës së ndërfaqes midis kolektorit aktual dhe materialit aktiv dhe përmirësimi i forcës së lidhjes midis të dyve janë mjete të rëndësishme për të përmirësuar performancën e baterive të litiumit. Veshja e një shtrese karboni përçues në sipërfaqen e fletës së aluminit dhe trajtimi i koronës në fletën e aluminit mund të zvogëlojë efektivisht rezistencën e ndërfaqes së baterisë. Krahasuar me fletën e zakonshme të aluminit, përdorimi i fletës së aluminit të veshur me karbon mund të zvogëlojë rezistencën e brendshme të baterisë me rreth 65%, dhe mund të zvogëlojë rritjen e rezistencës së brendshme të baterisë gjatë përdorimit. Rezistenca e brendshme AC e fletës së aluminit të trajtuar me korona mund të reduktohet me rreth 20%. Në intervalin e përdorur zakonisht 20% ~ 90% SOC, rezistenca e përgjithshme e brendshme DC është relativisht e vogël dhe rritja është gradualisht më e vogël ndërsa thellësia e shkarkimit rritet.

Diafragmë

Përçimi i joneve brenda baterisë varet nga difuzioni i joneve të litiumit në elektrolit përmes diafragmës poroze. Aftësia për thithjen e lëngjeve dhe lagështimin e diafragmës është çelësi për formimin e një kanali të mirë të rrjedhës së joneve. Kur diafragma ka një shkallë më të lartë të përthithjes së lëngjeve dhe strukturë poroze, ajo mund të përmirësohet. Përçueshmëria zvogëlon rezistencën e baterisë dhe përmirëson performancën e shpejtësisë së baterisë. Krahasuar me membranat bazë të zakonshme, diafragmat qeramike dhe diafragmat e veshura me gomë jo vetëm që mund të përmirësojnë shumë rezistencën e tkurrjes së temperaturës së lartë të diafragmës, por edhe të rrisin aftësinë e diafragmës për thithjen e lëngjeve dhe lagështimin. Shtimi i veshjes qeramike SiO2 në diafragmën PP mund të bëjë që diafragma të thithë lëng. Vëllimi u rrit me 17%. Veshje 1μm PVDF-HFP në diafragmën e përbërë PP/PE, shkalla e përthithjes së lëngut të diafragmës është rritur nga 70% në 82%, dhe rezistenca e brendshme e qelizës zvogëlohet me më shumë se 20%.

Nga aspektet e procesit të prodhimit dhe kushteve të përdorimit, faktorët që ndikojnë në rezistencën e brendshme të baterisë përfshijnë kryesisht:

Faktorët e procesit ndikojnë

Pulpimi

Uniformiteti i shpërndarjes së slurit gjatë përzierjes ndikon nëse agjenti përcjellës mund të shpërndahet në mënyrë uniforme në materialin aktiv në kontakt të ngushtë me të, gjë që lidhet me rezistencën e brendshme të baterisë. Duke rritur shpërndarjen me shpejtësi të lartë, mund të përmirësohet uniformiteti i shpërndarjes së slurit dhe rezistenca e brendshme e baterisë do të jetë më e vogël. Duke shtuar një surfaktant, mund të përmirësohet uniformiteti i shpërndarjes së agjentit përçues në elektrodë, dhe polarizimi elektrokimik mund të reduktohet dhe tensioni mesatar i shkarkimit mund të rritet.

shtresë

Dendësia e zonës është një nga parametrat kryesorë të dizajnit të baterisë. Kur kapaciteti i baterisë është konstant, rritja e densitetit të sipërfaqes së pjesëve të shtyllave do të zvogëlojë në mënyrë të pashmangshme gjatësinë totale të kolektorit aktual dhe diafragmës, dhe rezistenca omike e baterisë do të ulet në përputhje me rrethanat. Prandaj, brenda një diapazoni të caktuar, rezistenca e brendshme e baterisë zvogëlohet me rritjen e densitetit të zonës. Migrimi dhe ndarja e molekulave të tretësit gjatë veshjes dhe tharjes është e lidhur ngushtë me temperaturën e furrës, e cila ndikon drejtpërdrejt në shpërndarjen e lidhësit dhe agjentit përçues në pjesën e shtyllës, dhe më pas ndikon në formimin e rrjetës përçuese brenda pjesës së shtyllës. Prandaj, procesi i veshjes dhe tharjes Temperatura është gjithashtu një proces i rëndësishëm për optimizimin e performancës së baterisë.

Rolling

Në një masë të caktuar, rezistenca e brendshme e baterisë zvogëlohet me rritjen e densitetit të ngjeshjes. Për shkak se dendësia e ngjeshjes rritet, distanca midis grimcave të lëndës së parë zvogëlohet. Sa më shumë kontakt ndërmjet grimcave, aq më shumë ura dhe kanale përçuese, dhe bateria Reduktohet impedanca. Kontrolli i densitetit të ngjeshjes arrihet kryesisht nga trashësia e rrotullimit. Trashësi të ndryshme rrotullimi kanë një ndikim më të madh në rezistencën e brendshme të baterisë. Kur trashësia e rrotullimit është e madhe, rezistenca e kontaktit midis materialit aktiv dhe kolektorit aktual rritet për shkak të dështimit të materialit aktiv për t’u mbështjellë fort, dhe rezistenca e brendshme e baterisë rritet. Pasi bateria të jetë cikluar, në sipërfaqen e elektrodës pozitive të baterisë krijohen çarje me një trashësi rrotullimi relativisht të trashë, e cila do të rrisë më tej rezistencën e kontaktit midis materialit aktiv sipërfaqësor të pjesës së shtyllës dhe kolektorit aktual.

Koha e rrotullimit të copës së shtyllës

Koha e ndryshme e ruajtjes së elektrodës pozitive ka një ndikim më të madh në rezistencën e brendshme të baterisë. Kur koha e raftit është e shkurtër, rezistenca e brendshme e baterisë do të rritet ngadalë për shkak të efektit të shtresës së veshjes së karbonit në sipërfaqen e fosfatit të hekurit të litiumit dhe të fosfatit të hekurit të litiumit; Kur bateria lihet për një kohë të gjatë (më shumë se 23 orë), rezistenca e brendshme e baterisë rritet ndjeshëm për shkak të efektit të kombinuar të reagimit të fosfatit të hekurit të litiumit me ujin dhe ngjitjes së ngjitësit. Prandaj, është e nevojshme të kontrollohet rreptësisht koha e rrotullimit të pjesëve të shtyllave në prodhimin aktual.

Injeksion i lëngshëm

Përçueshmëria jonike e elektrolitit përcakton rezistencën e brendshme dhe karakteristikat e shpejtësisë së baterisë. Përçueshmëria e elektrolitit është në përpjesëtim të zhdrejtë me viskozitetin e tretësit, dhe gjithashtu ndikohet nga përqendrimi i kripës së litiumit dhe madhësia e anioneve. Përveç hulumtimit të optimizimit mbi përçueshmërinë, vëllimi i injektimit dhe koha e infiltrimit pas injektimit gjithashtu ndikojnë drejtpërdrejt në rezistencën e brendshme të baterisë. Vëllimi i vogël i injektimit ose koha e pamjaftueshme e infiltrimit do të bëjnë që rezistenca e brendshme e baterisë të jetë shumë e madhe, duke ndikuar kështu në kapacitetin e baterisë për të luajtur.

Ndikimi i kushteve të përdorimit

Temperaturat

Ndikimi i temperaturës në rezistencën e brendshme është i dukshëm. Sa më e ulët të jetë temperatura, aq më i ngadalshëm është transmetimi i joneve brenda baterisë dhe aq më e madhe është rezistenca e brendshme e baterisë. Rezistenca e baterisë mund të ndahet në rezistencën e madhe, rezistencën e membranës SEI dhe rezistencën e transferimit të ngarkesës. Impedanca e madhe dhe impedanca e membranës SEI ndikohen kryesisht nga përçueshmëria jonike e elektrolitit, dhe tendenca e ndryshimit në temperaturë të ulët është në përputhje me trendin e ndryshimit të përçueshmërisë së elektrolitit. Krahasuar me rritjen e rezistencës së madhe dhe rezistencës së filmit SEI në temperatura të ulëta, impedanca e reagimit të ngarkesës rritet më ndjeshëm me uljen e temperaturës. Nën -20°C, impedanca e reagimit të karikimit përbën pothuajse 100% të rezistencës totale të brendshme të baterisë.

KOS

Kur bateria është në SOC të ndryshme, rezistenca e saj e brendshme është gjithashtu e ndryshme, veçanërisht rezistenca e brendshme DC ndikon drejtpërdrejt në performancën e fuqisë së baterisë dhe më pas pasqyron performancën e baterisë në gjendjen aktuale: rezistenca e brendshme DC e baterisë së litiumit ndryshon me thellësia e shkarkimit DOD e baterisë Rezistenca e brendshme është në thelb e pandryshuar në intervalin e shkarkimit 10%~80%. Në përgjithësi, rezistenca e brendshme rritet ndjeshëm në një thellësi më të thellë shkarkimi.

ruajtje

Ndërsa koha e ruajtjes së baterive litium-jon rritet, bateritë vazhdojnë të vjetërohen dhe rezistenca e tyre e brendshme vazhdon të rritet. Llojet e ndryshme të baterive të litiumit kanë shkallë të ndryshme ndryshimi në rezistencën e brendshme. Pas një periudhe të gjatë ruajtjeje për 9-10 muaj, shkalla e rritjes së rezistencës së brendshme të baterive LFP është më e lartë se ajo e baterive NCA dhe NCM. Shkalla e rritjes së rezistencës së brendshme lidhet me kohën e ruajtjes, temperaturën e ruajtjes dhe SOC

cikël

Pavarësisht nëse bëhet fjalë për ruajtje apo për biçikletë, temperatura ka të njëjtin efekt në rezistencën e brendshme të baterisë. Sa më e lartë të jetë temperatura e ciklit, aq më e madhe është shkalla e rritjes së rezistencës së brendshme. Intervalet e ndryshme të ciklit kanë efekte të ndryshme në rezistencën e brendshme të baterisë. Rezistenca e brendshme e baterisë rritet me rritjen e thellësisë së ngarkimit dhe shkarkimit, dhe rritja e rezistencës së brendshme është proporcionale me rritjen e thellësisë së ngarkimit dhe shkarkimit. Përveç ndikimit të thellësisë së ngarkesës dhe shkarkimit në cikël, tensioni i ndërprerjes së ngarkesës gjithashtu ka një ndikim: një kufi i sipërm shumë i ulët ose shumë i lartë i tensionit të ngarkesës do të rrisë rezistencën e ndërfaqes së elektrodës, dhe Filmi i pasivizimit nuk mund të formohet mirë nën një tension të kufirit të sipërm shumë të ulët dhe një kufi i sipërm i tensionit tepër të lartë do të bëjë që elektroliti të oksidohet dhe të dekompozohet në sipërfaqen e elektrodës LiFePO4 për të formuar produkte me përçueshmëri të ulët elektrike.

tjetër

Bateritë e litiumit të montuara në automjet do të përjetojnë në mënyrë të pashmangshme kushte të këqija të rrugës në aplikime praktike, por studimet kanë zbuluar se mjedisi i dridhjeve të baterisë së litiumit nuk ka pothuajse asnjë efekt në rezistencën e brendshme të baterisë së litiumit gjatë procesit të aplikimit.

Pikëpamje

Rezistenca e brendshme është një parametër i rëndësishëm për të matur performancën e fuqisë së litium-jonit dhe për të vlerësuar jetëgjatësinë e baterisë. Sa më e madhe të jetë rezistenca e brendshme, aq më e keqe është performanca e shpejtësisë së baterisë dhe aq më shpejt rritet gjatë ruajtjes dhe riciklimit. Rezistenca e brendshme lidhet me strukturën e baterisë, karakteristikat e materialit të baterisë dhe procesin e prodhimit, dhe ndryshon me ndryshimet në temperaturën e ambientit dhe gjendjen e karikimit. Prandaj, zhvillimi i baterive me rezistencë të ulët të brendshme është çelësi për përmirësimin e performancës së fuqisë së baterisë, dhe në të njëjtën kohë, zotërimi i ligjeve në ndryshim të rezistencës së brendshme të baterisë ka një rëndësi praktike shumë të rëndësishme për parashikimin e jetëgjatësisë së baterisë.