Са употребом литијумских батерија, перформансе батерије настављају да опадају, углавном због пада капацитета, повећања унутрашњег отпора, пада снаге итд. На промену унутрашњег отпора батерије утичу различити услови коришћења као што су температура и дубина пражњења. Стога су фактори који утичу на унутрашњи отпор батерије описани у смислу дизајна структуре батерије, перформанси сировог материјала, процеса производње и услова коришћења.

Отпор је отпор који литијумска батерија добија када струја тече унутар батерије док она ради. Генерално, унутрашњи отпор литијумских батерија је подељен на омски унутрашњи отпор и поларизациони унутрашњи отпор. Охмски унутрашњи отпор се састоји од материјала електроде, електролита, отпора дијафрагме и контактног отпора сваког дела. Унутрашњи отпор поларизације односи се на отпор изазван поларизацијом током електрохемијске реакције, укључујући унутрашњи отпор електрохемијске поларизације и унутрашњи отпор поларизације концентрације. Омски унутрашњи отпор батерије одређен је укупном проводљивошћу батерије, а поларизациони унутрашњи отпор батерије одређен је коефицијентом дифузије чврсте фазе литијум јона у активном материјалу електроде.

Отпор ома

Охмски отпор је углавном подељен на три дела, један је јонска импеданса, други је електронска импеданса, а трећи је контактна импеданса. Надамо се да је унутрашњи отпор литијумске батерије што мањи, тако да морамо предузети специфичне мере да смањимо омски унутрашњи отпор за ове три ставке.

Јонска импеданса

Отпорност јона литијум батерије односи се на отпор преносу литијум јона унутар батерије. У литијумској батерији, брзина миграције литијум јона и брзина електронске проводљивости играју подједнако важну улогу, а на отпорност јона углавном утичу материјали позитивне и негативне електроде, сепаратор и електролит. Да бисте смањили импедансу јона, потребно је да урадите следеће:

Уверите се да позитивни и негативни материјали и електролит имају добру способност влажења

Приликом пројектовања стуба потребно је одабрати одговарајућу густину збијања. Ако је густина збијања превелика, електролит није лако инфилтрирати, што ће повећати отпорност јона. За негативни пол, ако је СЕИ филм формиран на површини активног материјала током првог пуњења и пражњења превише дебео, то ће такође повећати отпор јона. У овом тренутку, потребно је прилагодити процес формирања батерије да би се то решило.

Утицај електролита

Електролит мора имати одговарајућу концентрацију, вискозитет и проводљивост. Када је вискозитет електролита превисок, то не доприноси инфилтрацији између електролита и активних материјала позитивне и негативне електроде. Истовремено, електролиту је потребна и ниска концентрација, превисока концентрација такође не погодује његовом протоку и инфилтрацији. Проводљивост електролита је најважнији фактор који утиче на отпорност јона, који одређује миграцију јона.

Утицај дијафрагме на отпорност јона

Главни фактори утицаја дијафрагме на отпорност јона су: дистрибуција електролита у дијафрагми, површина дијафрагме, дебљина, величина пора, порозност и коефицијент увијања. За керамичке дијафрагме је такође неопходно спречити да керамичке честице блокирају поре дијафрагме, што не погодује пролазу јона. Док се осигурава да је електролит потпуно инфилтриран у дијафрагму, у њој не би требало да остане вишак електролита, што смањује ефикасност електролита.

Електронска импеданса

Постоји много фактора који утичу на електронску импедансу, који се могу побољшати са аспеката као што су материјали и процеси.

Позитивне и негативне плоче

Главни фактори који утичу на електронску импедансу позитивне и негативне плоче су: контакт између активног материјала и струјног колектора, фактори самог активног материјала и параметри плоче. Активни материјал треба да буде у пуном контакту са површином струјног колектора, што се може узети у обзир на основу бакарне фолије струјног колектора, основног материјала алуминијумске фолије и адхезије пасте позитивне и негативне електроде. Порозност самог живог материјала, нуспроизводи на површини честица, и неравномерно мешање са проводљивим агенсом, итд., узроковаће промену електронске импедансе. Параметри поларне плоче као што је густина живе материје су премали, јаз између честица је превелик, што не погодује проводљивости електрона.

Дијафрагма

Главни фактори који утичу на електронску импедансу дијафрагме су: дебљина дијафрагме, порозност и нуспроизводи у процесу пуњења и пражњења. Прва два је лако разумети. Након растављања батерије, на сепаратору се често налази дебео слој смеђег материјала, укључујући графитну негативну електроду и њене нуспроизводе реакције, који ће блокирати поре дијафрагме и смањити век трајања батерије.

Подлога за струјни колектор

Материјал, дебљина, ширина струјног колектора и степен контакта са језичцима утичу на електронску импедансу. Колектор струје треба да изабере супстрат који није оксидован и пасивиран, иначе ће утицати на импедансу. Лоше заваривање између бакарне и алуминијумске фолије и језичака такође ће утицати на електронску импеданцију.

Отпор контакта

Контактни отпор се формира између контакта бакарне и алуминијумске фолије и активног материјала, а треба обратити пажњу на пријањање пасте за позитивне и негативне електроде.

Поларизовани унутрашњи отпор

Када струја пролази кроз електроде, појава да потенцијал електроде одступа од равнотежног потенцијала електроде назива се поларизација електроде. Поларизација обухвата омску поларизацију, електрохемијску поларизацију и концентрацијску поларизацију. Отпор поларизације се односи на унутрашњи отпор узрокован поларизацијом позитивне електроде и негативне електроде батерије током електрохемијске реакције. Може одражавати унутрашњу конзистенцију батерије, али није погодна за производњу због утицаја рада и методе. Унутрашњи поларизациони отпор није константан и мења се током процеса пуњења и пражњења. То је зато што се састав активног материјала, концентрација и температура електролита стално мењају. Охмски унутрашњи отпор је у складу са Охмовим законом, а унутрашњи отпор поларизације расте са повећањем густине струје, али то није линеарна веза. Често расте линеарно како се повећава логаритам густине струје.

Утицај конструкцијског дизајна

У дизајну структуре батерије, поред закивања и заваривања саме структуре батерије, број, величина и локација језичака батерије директно утичу на унутрашњи отпор батерије. У одређеној мери, повећање броја језичака може ефикасно смањити унутрашњи отпор батерије. Положај језичака такође утиче на унутрашњи отпор батерије. Унутрашњи отпор намотане батерије са позицијом језичка на челу позитивног и негативног пола је највећи. У поређењу са намотаном батеријом, ламинирана батерија је еквивалентна десетинама малих батерија паралелно. , Његов унутрашњи отпор је мањи.

Утицај на перформансе сировина

Positive and negative active materials

Код литијумских батерија, материјал позитивне електроде је страна за складиштење литијума, што више одређује перформансе литијумске батерије. Материјал позитивне електроде углавном побољшава електронску проводљивост између честица путем премаза и допинга. На пример, допирање са Ни повећава снагу ПО везе, стабилизује структуру ЛиФеПО4/Ц, оптимизује запремину ћелије и може ефикасно да смањи отпор преноса наелектрисања материјала позитивне електроде. Значајно повећање активационе поларизације, посебно активационе поларизације негативне електроде, главни је разлог озбиљне поларизације. Смањење величине честица негативне електроде може ефикасно смањити активну поларизацију негативне електроде. Када се величина честица чврсте фазе негативне електроде смањи за половину, активна поларизација се може смањити за 45%. Због тога је, у смислу дизајна батерија, неопходно истраживање побољшања самих позитивних и негативних материјала.

Проводни агенс

Графит и чађа се широко користе у области литијумских батерија због својих добрих својстава. У поређењу са проводљивим агенсом на бази графита, позитивна електрода са проводним агенсом на бази чађе има боље перформансе батерије, јер проводни агенс на бази графита има морфологију љускавих честица, што узрокује велико повећање закривљености пора великом брзином, и Дифузија течне фазе Ли се лако јавља. Феномен да процес ограничава капацитет пражњења. Батерија са додатком ЦНТ-а има мањи унутрашњи отпор, јер у поређењу са тачком контакта између графита/чађе и активног материјала, влакнасте угљеничне наноцеви су у линијском контакту са активним материјалом, што може смањити импеданцију интерфејса батерије.

Цуррент цоллецтор

Смањење отпора интерфејса између струјног колектора и активног материјала и побољшање снаге везе између њих су важна средства за побољшање перформанси литијумских батерија. Облагање проводљивог угљеничног премаза на површини алуминијумске фолије и третман короном на алуминијумској фолији могу ефикасно смањити импеданцију интерфејса батерије. У поређењу са обичном алуминијумском фолијом, употреба алуминијумске фолије обложене угљеником може смањити унутрашњи отпор батерије за око 65% и може смањити повећање унутрашњег отпора батерије током употребе. Унутрашњи отпор наизменичне струје алуминијумске фолије третиране короном може се смањити за око 20%. У обично коришћеном опсегу 20%~90% СОЦ, укупни унутрашњи отпор једносмерне струје је релативно мали и повећање је постепено мање како се дубина пражњења повећава.

Дијафрагма

Јонска проводљивост унутар батерије зависи од дифузије Ли јона у електролиту кроз порозну дијафрагму. Способност дијафрагме да апсорбује течност и влажење је кључ за формирање доброг канала за проток јона. Када дијафрагма има већу стопу апсорпције течности и порозну структуру, може се побољшати. Проводљивост смањује импедансу батерије и побољшава перформансе батерије. У поређењу са обичним базним мембранама, керамичке дијафрагме и дијафрагме обложене гумом не само да могу значајно побољшати отпорност мембране на скупљање при високим температурама, већ и побољшати способност апсорпције течности и влажења дијафрагме. Додавање СиО2 керамичког премаза на ПП дијафрагму може учинити да дијафрагма упије течност. Запремина се повећала за 17%. Облагање 1μм ПВДФ-ХФП на ПП/ПЕ композитној дијафрагми, брзина апсорпције течности дијафрагме је повећана са 70% на 82%, а унутрашњи отпор ћелије је смањен за више од 20%.

Са аспекта процеса производње и услова употребе, фактори који утичу на унутрашњи отпор батерије углавном укључују:

Фактори процеса утичу

Пулпирање

Уједначеност дисперзије суспензије током мешања утиче на то да ли се проводљиво средство може равномерно дисперговати у активном материјалу у блиском контакту са њим, што је повезано са унутрашњим отпором батерије. Повећањем дисперзије велике брзине, уједначеност дисперзије суспензије може се побољшати, а унутрашњи отпор батерије ће бити мањи. Додавањем сурфактанта може се побољшати уједначеност дистрибуције проводног агенса у електроди, а може се смањити електрохемијска поларизација и повећати средњи напон пражњења.

премазивање

Густина површине је један од кључних параметара дизајна батерија. Када је капацитет батерије константан, повећање површинске густине полова неизбежно ће смањити укупну дужину струјног колектора и дијафрагме, а омски отпор батерије ће се сходно томе смањити. Стога, унутар одређеног опсега, унутрашњи отпор батерије се смањује како се повећава густина површине. Миграција и раздвајање молекула растварача током облагања и сушења уско је повезана са температуром пећнице, што директно утиче на дистрибуцију везива и проводног агенса у стубу, а затим утиче на формирање проводне мреже унутар стуба. Према томе, процес премазивања и сушења Температура је такође важан процес за оптимизацију перформанси батерије.

Роллинг

У одређеној мери, унутрашњи отпор батерије се смањује како се повећава густина сабијања. Пошто се густина сабијања повећава, растојање између честица сировог материјала се смањује. Што је више контакта између честица, то су проводљиви мостови и канали, а батерија импеданса је смањена. Контрола густине сабијања се углавном постиже дебљином ваљања. Различите дебљине ваљања имају већи утицај на унутрашњи отпор батерије. Када је дебљина ваљања велика, отпор контакта између активног материјала и колектора струје се повећава због неуспеха активног материјала да се чврсто ваља, а унутрашњи отпор батерије се повећава. Након циклуса батерије, на површини позитивне електроде батерије се стварају пукотине са релативно дебелом дебљином ваљања, што ће додатно повећати контактни отпор између површински активног материјала стуба и струјног колектора.

Време обртања стуба

Различито време трајања позитивне електроде има већи утицај на унутрашњи отпор батерије. Када је време трајања кратко, унутрашњи отпор батерије ће се полако повећавати због ефекта слоја угљеничног премаза на површину литијум гвожђе фосфата и литијум гвожђе фосфата; Када је батерија остављена дуже време (више од 23х), унутрашњи отпор батерије значајно се повећава због комбинованог ефекта реакције литијум гвожђе фосфата са водом и адхезије лепка. Стога је неопходно строго контролисати време обрта стубова у стварној производњи.

Убризгавање течности

Јонска проводљивост електролита одређује унутрашњи отпор и карактеристике брзине батерије. Проводљивост електролита је обрнуто пропорционална вискозности растварача, а на њу утичу и концентрација литијумове соли и величина ањона. Поред истраживања оптимизације проводљивости, запремина убризгавања и време инфилтрације након убризгавања такође директно утичу на унутрашњи отпор батерије. Мала запремина убризгавања или недовољно време инфилтрације ће довести до тога да унутрашњи отпор батерије буде превелик, што ће утицати на капацитет батерије за репродукцију.

Утицај услова коришћења

температура

Утицај температуре на унутрашњи отпор је очигледан. Што је температура нижа, то је спорији пренос јона унутар батерије и већи је унутрашњи отпор батерије. Импеданса батерије се може поделити на масовну импеданцију, импедансу СЕИ мембране и импедансу преноса пуњења. На опсежну импедансу и импедансу СЕИ мембране углавном утиче јонска проводљивост електролита, а тренд промене на ниској температури је у складу са трендом промене проводљивости електролита. У поређењу са повећањем укупне импедансе и отпорности филма СЕИ на ниским температурама, импеданса реакције наелектрисања се значајно повећава са смањењем температуре. Испод -20°Ц, импеданса реакције пуњења чини скоро 100% укупног унутрашњег отпора батерије.

СПЦ

Када је батерија у различитим СОЦ, њен унутрашњи отпор је такође различит, посебно ДЦ унутрашњи отпор директно утиче на перформансе батерије, а затим одражава перформансе батерије у стварном стању: ДЦ унутрашњи отпор литијумске батерије варира са дубина пражњења ДОД батерије Унутрашњи отпор је у основи непромењен у интервалу пражњења од 10%~80%. Генерално, унутрашњи отпор се значајно повећава на дубљој дубини пражњења.

складиштење

Како се време складиштења литијум-јонских батерија повећава, батерије настављају да старе, а њихов унутрашњи отпор наставља да расте. Различити типови литијумских батерија имају различите степене промене унутрашњег отпора. После дужег периода складиштења од 9-10 месеци, стопа повећања унутрашњег отпора ЛФП батерија је већа него код НЦА и НЦМ батерија. Стопа повећања унутрашњег отпора је повезана са временом складиштења, температуром складиштења и СОЦ складиштења

циклус

Без обзира да ли је у питању складиштење или бициклизам, температура има исти утицај на унутрашњи отпор батерије. Што је температура циклуса виша, то је већа стопа повећања унутрашњег отпора. Различити интервали циклуса имају различите ефекте на унутрашњи отпор батерије. Унутрашњи отпор батерије расте са повећањем дубине пуњења и пражњења, а повећање унутрашњег отпора је пропорционално повећању дубине пуњења и пражњења. Поред утицаја дубине пуњења и пражњења у циклусу, напон прекида пуњења такође има утицај: прениска или превисока горња граница напона пуњења ће повећати импедансу интерфејса електроде, а Пасивациони филм се не може добро формирати под прениским горњим граничним напоном, а превисока горња граница напона ће проузроковати оксидацију и разлагање електролита на површини ЛиФеПО4 електроде и формирање производа са ниском електричном проводљивошћу.

други

Литијумске батерије уграђене у возила неизбежно ће доживети лоше услове на путу у практичним применама, али студије су откриле да окружење вибрација литијумске батерије нема скоро никакав утицај на унутрашњи отпор литијумске батерије током процеса примене.

изгледи

Унутрашњи отпор је важан параметар за мерење перформанси литијум-јонске снаге и процену трајања батерије. Што је већи унутрашњи отпор, то су перформансе батерије лошије и брже се повећава током складиштења и рециклирања. Унутрашњи отпор је повезан са структуром батерије, карактеристикама материјала батерије и производним процесом и мења се са променама температуре околине и стања напуњености. Стога је развој батерија са малим унутрашњим отпором кључ за побољшање перформанси батерије, а истовремено савладавање променљивих закона унутрашњег отпора батерије има веома важан практични значај за предвиђање животног века батерије.