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.

Ang paglaban ay ang paglaban na natatanggap ng baterya ng lithium kapag ang kasalukuyang dumadaloy sa loob ng baterya kapag ito ay gumagana. Sa pangkalahatan, ang panloob na paglaban ng mga baterya ng lithium ay nahahati sa ohmic panloob na pagtutol at polariseysyon panloob na pagtutol. Ang ohmic internal resistance ay binubuo ng electrode material, electrolyte, diaphragm resistance at ang contact resistance ng bawat bahagi. Ang panloob na pagtutol ng polariseysyon ay tumutukoy sa paglaban na dulot ng polariseysyon sa panahon ng electrochemical reaction, kabilang ang electrochemical polarization na panloob na pagtutol at konsentrasyon ng polarisasyon ng panloob na pagtutol. Ang ohmic internal resistance ng baterya ay tinutukoy ng kabuuang conductivity ng baterya, at ang polarization internal resistance ng baterya ay tinutukoy ng solid phase diffusion coefficient ng lithium ions sa electrode active material.

Ohm pagtutol

Ang ohmic resistance ay pangunahing nahahati sa tatlong bahagi, ang isa ay ionic impedance, ang isa ay electronic impedance, at ang pangatlo ay contact impedance. Inaasahan namin na ang panloob na resistensya ng baterya ng lithium ay kasing liit hangga’t maaari, kaya kailangan naming gumawa ng mga tiyak na hakbang upang mabawasan ang ohmic na panloob na pagtutol para sa tatlong item na ito.

Ion impedance

Lithium battery ion resistance refers to the resistance to the transmission of lithium ions inside the battery. In a lithium battery, the lithium ion migration speed and the electron conduction speed play an equally important role, and the ion resistance is mainly affected by the positive and negative electrode materials, the separator, and the electrolyte. To reduce ion impedance, you need to do the following:

Ensure that the positive and negative materials and electrolyte have good wettability

Kinakailangang pumili ng angkop na density ng compaction kapag nagdidisenyo ng piraso ng poste. Kung ang density ng compaction ay masyadong malaki, ang electrolyte ay hindi madaling makalusot, na magpapataas ng resistensya ng ion. Para sa piraso ng negatibong poste, kung ang SEI film na nabuo sa ibabaw ng aktibong materyal sa panahon ng unang pagsingil at paglabas ay masyadong makapal, tataas din ang resistensya ng ion. Sa oras na ito, kinakailangan upang ayusin ang proseso ng pagbuo ng baterya upang malutas ito.

Impluwensya ng electrolyte

The electrolyte must have the appropriate concentration, viscosity and conductivity. When the viscosity of the electrolyte is too high, it is not conducive to the infiltration between the electrolyte and the active materials of the positive and negative electrodes. At the same time, the electrolyte also needs a low concentration, too high concentration is also not conducive to its flow and infiltration. The conductivity of the electrolyte is the most important factor affecting ion resistance, which determines the migration of ions.

Impluwensya ng diaphragm sa paglaban ng ion

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.

Electronic impedance

Mayroong maraming mga kadahilanan na nakakaimpluwensya ng electronic impedance, na maaaring mapabuti mula sa mga aspeto tulad ng mga materyales at proseso.

Positive and negative plates

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.

Dayapragm

Ang mga pangunahing salik na nakakaapekto sa electronic impedance ng diaphragm ay: kapal ng diaphragm, porosity, at mga by-product sa proseso ng charge at discharge. Ang unang dalawa ay madaling maunawaan. Matapos i-disassemble ang baterya, madalas na makikita ang isang makapal na layer ng brown na materyal sa separator, kasama ang graphite negative electrode at ang reaksyon ng mga by-product nito, na haharang sa mga pores ng diaphragm at bawasan ang buhay ng serbisyo ng baterya.

Kasalukuyang kolektor substrate

The material, thickness, width of the current collector and the degree of contact with the tabs all affect the electronic impedance. The current collector needs to choose a substrate that has not been oxidized and passivated, otherwise it will affect the impedance. Poor welding between copper and aluminum foil and tabs will also affect electronic impedance.

Makipag-ugnay sa paglaban

Ang contact resistance ay nabuo sa pagitan ng contact sa pagitan ng tanso at aluminum foil at ng aktibong materyal, at kailangang bigyang pansin ang pagdirikit ng positibo at negatibong electrode pastes.

Polarized panloob na pagtutol

When current passes through the electrodes, the phenomenon that the electrode potential deviates from the equilibrium electrode potential is called electrode polarization. Polarization includes ohmic polarization, electrochemical polarization and concentration polarization. Polarization resistance refers to the internal resistance caused by the polarization of the positive electrode and the negative electrode of the battery during the electrochemical reaction. It can reflect the internal consistency of the battery, but it is not suitable for production due to the influence of the operation and method. The internal polarization resistance is not constant, and it changes with time during the charging and discharging process. This is because the composition of the active material, the concentration and temperature of the electrolyte are constantly changing. The ohmic internal resistance obeys Ohm’s law, and the polarization internal resistance increases with the increase of the current density, but it is not a linear relationship. It often increases linearly as the logarithm of the current density increases.

Impluwensya sa disenyo ng istruktura

Sa disenyo ng istraktura ng baterya, bilang karagdagan sa riveting at welding ng istraktura ng baterya mismo, ang numero, laki, at lokasyon ng mga tab ng baterya ay direktang nakakaapekto sa panloob na resistensya ng baterya. Sa isang tiyak na lawak, ang pagtaas ng bilang ng mga tab ay maaaring epektibong mabawasan ang panloob na resistensya ng baterya. Ang posisyon ng mga tab ay nakakaapekto rin sa panloob na resistensya ng baterya. Ang panloob na resistensya ng sugat na baterya na may tab na posisyon sa ulo ng positibo at negatibong mga piraso ng poste ay ang pinakamalaki. Kung ikukumpara sa sugat na baterya, ang nakalamina na baterya ay katumbas ng dose-dosenang maliliit na baterya nang magkatulad. , Ang panloob na pagtutol nito ay mas maliit.

Epekto sa pagganap ng hilaw na materyal

Positive and negative active materials

Sa lithium batteries, ang positive electrode material ay ang lithium storage side, na higit na tumutukoy sa performance ng lithium battery. Ang positibong materyal ng elektrod ay pangunahing nagpapabuti sa electronic conductivity sa pagitan ng mga particle sa pamamagitan ng coating at doping. Halimbawa, pinahuhusay ng doping na may Ni ang lakas ng PO bond, pinapatatag ang istraktura ng LiFePO4/C, ino-optimize ang dami ng cell, at maaaring epektibong bawasan ang resistensya ng paglilipat ng singil ng positibong materyal na elektrod. Ang makabuluhang pagtaas sa activation polarization, lalo na ang activation polarization ng negatibong elektrod, ay ang pangunahing dahilan para sa malubhang polariseysyon. Ang pagbawas sa laki ng butil ng negatibong elektrod ay maaaring epektibong mabawasan ang aktibong polariseysyon ng negatibong elektrod. Kapag ang solid phase particle size ng negatibong elektrod ay nabawasan ng kalahati, ang aktibong polariseysyon ay maaaring mabawasan ng 45%. Samakatuwid, sa mga tuntunin ng disenyo ng baterya, ang pananaliksik sa pagpapabuti ng mga positibo at negatibong materyales mismo ay kailangan din.

Konduktibong ahente

Ang graphite at carbon black ay malawakang ginagamit sa larangan ng mga baterya ng lithium dahil sa kanilang magagandang katangian. Kung ikukumpara sa graphite-based conductive agent, ang positive electrode na may carbon black-based conductive agent ay may mas mahusay na performance ng baterya, dahil ang graphite-based conductive agent ay may flaky particle morphology, na nagiging sanhi ng malaking pagtaas ng pore tortuosity sa isang malaking rate, at Li likido phase pagsasabog ay madaling mangyari Ang kababalaghan na ang proseso ay nililimitahan ang discharge kapasidad. Ang baterya na may mga idinagdag na CNT ay may mas mababang panloob na resistensya, dahil kung ihahambing sa punto ng contact sa pagitan ng graphite/carbon black at ng aktibong materyal, ang fibrous carbon nanotubes ay nasa linya na nakikipag-ugnayan sa aktibong materyal, na maaaring mabawasan ang interface impedance ng baterya.

Kasalukuyang kolektor

Ang pagbabawas ng paglaban sa interface sa pagitan ng kasalukuyang kolektor at ng aktibong materyal at pagpapabuti ng lakas ng pagbubuklod sa pagitan ng dalawa ay mahalagang paraan upang mapabuti ang pagganap ng mga baterya ng lithium. Ang paglalagay ng conductive carbon coating sa ibabaw ng aluminum foil at corona treatment sa aluminum foil ay maaaring epektibong mabawasan ang interface impedance ng baterya. Kung ikukumpara sa ordinaryong aluminum foil, ang paggamit ng carbon-coated aluminum foil ay maaaring bawasan ang panloob na resistensya ng baterya ng humigit-kumulang 65%, at maaaring mabawasan ang pagtaas ng panloob na resistensya ng baterya habang ginagamit. Ang panloob na resistensya ng AC ng corona treated aluminum foil ay maaaring mabawasan ng halos 20%. Sa karaniwang ginagamit na 20%~90% na hanay ng SOC, ang pangkalahatang DC internal resistance ay medyo maliit at ang pagtaas ay unti-unting lumiliit habang tumataas ang lalim ng discharge.

Dayapragm

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%.

Mula sa mga aspeto ng proseso ng pagmamanupaktura at mga kondisyon ng paggamit, ang mga salik na nakakaapekto sa panloob na paglaban ng baterya ay pangunahing kasama ang:

Nakakaapekto ang mga salik ng proseso

Tumusok

Ang pagkakapareho ng slurry dispersion sa panahon ng paghahalo ay nakakaapekto kung ang conductive agent ay maaaring magkalat nang pantay sa aktibong materyal sa malapit na pakikipag-ugnay dito, na nauugnay sa panloob na resistensya ng baterya. Sa pamamagitan ng pagtaas ng high-speed dispersion, ang pagkakapareho ng slurry dispersion ay maaaring mapabuti, at ang panloob na resistensya ng baterya ay magiging mas maliit. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng surfactant, ang pagkakapareho ng pamamahagi ng conductive agent sa electrode ay maaaring mapabuti, at ang electrochemical polarization ay maaaring mabawasan at ang median discharge boltahe ay maaaring tumaas.

patong

Ang density ng lugar ay isa sa mga pangunahing parameter ng disenyo ng baterya. Kapag ang kapasidad ng baterya ay pare-pareho, ang pagtaas ng density ng ibabaw ng mga piraso ng poste ay hindi maiiwasang magbabawas sa kabuuang haba ng kasalukuyang kolektor at ang dayapragm, at ang ohmic na resistensya ng baterya ay bababa nang naaayon. Samakatuwid, sa loob ng isang tiyak na hanay, Ang panloob na resistensya ng baterya ay bumababa habang tumataas ang area density. Ang paglipat at paghihiwalay ng mga solvent molecule sa panahon ng coating at drying ay malapit na nauugnay sa temperatura ng oven, na direktang nakakaapekto sa pamamahagi ng binder at conductive agent sa pole piece, at pagkatapos ay nakakaapekto sa pagbuo ng conductive grid sa loob ng pole piece. Samakatuwid, ang proseso ng coating at drying Temperatura ay isa ring mahalagang proseso para sa pag-optimize ng pagganap ng baterya.

Binabalik

Sa isang tiyak na lawak, bumababa ang panloob na resistensya ng baterya habang tumataas ang density ng compaction. Dahil tumataas ang density ng compaction, bumababa ang distansya sa pagitan ng mga particle ng raw material. Ang mas maraming contact sa pagitan ng mga particle, mas maraming conductive na tulay at channel, at ang baterya Ang impedance ay nabawasan. Ang kontrol ng compaction density ay pangunahing nakamit sa pamamagitan ng rolling kapal. Ang iba’t ibang kapal ng rolling ay may mas malaking epekto sa panloob na resistensya ng baterya. Kapag malaki ang rolling kapal, tumataas ang contact resistance sa pagitan ng aktibong materyal at ng kasalukuyang collector dahil sa pagkabigo ng aktibong materyal na ma-roll nang mahigpit, at tumataas ang panloob na resistensya ng baterya. Matapos ma-cycle ang baterya, nagkakaroon ng mga bitak sa positibong electrode surface ng baterya na may medyo makapal na rolling thickness, na higit pang magpapataas ng contact resistance sa pagitan ng surface active material ng pole piece at ng kasalukuyang collector.

Oras ng turnaround ng poste

Ang iba’t ibang oras ng istante ng positibong elektrod ay may mas malaking epekto sa panloob na resistensya ng baterya. Kapag ang oras ng istante ay maikli, ang panloob na resistensya ng baterya ay tataas nang dahan-dahan dahil sa epekto ng layer ng carbon coating sa ibabaw ng lithium iron phosphate at ang lithium iron phosphate; Kapag ang baterya ay naiwan nang mahabang panahon (higit sa 23h), ang panloob na resistensya ng baterya ay tumataas nang malaki dahil sa pinagsamang epekto ng reaksyon ng lithium iron phosphate sa tubig at ang pagdirikit ng pandikit. Samakatuwid, kinakailangang mahigpit na kontrolin ang oras ng turnaround ng mga piraso ng poste sa aktwal na produksyon.

Iniksyon ng likido

Tinutukoy ng ionic conductivity ng electrolyte ang panloob na pagtutol at mga katangian ng rate ng baterya. Ang conductivity ng electrolyte ay inversely proportional sa lagkit ng solvent, at apektado din ng konsentrasyon ng lithium salt at ang laki ng mga anion. Bilang karagdagan sa pananaliksik sa pag-optimize sa kondaktibiti, ang dami ng iniksyon at ang oras ng paglusot pagkatapos ng iniksyon ay direktang nakakaapekto sa panloob na resistensya ng baterya. Maliit na dami ng iniksyon o hindi sapat na oras ng pagpasok ay magiging sanhi ng sobrang laki ng panloob na resistensya ng baterya, at sa gayon ay maaapektuhan ang baterya Ang kapasidad na maglaro.

Impluwensya ng mga kondisyon sa paggamit

temperatura

Ang impluwensya ng temperatura sa panloob na paglaban ay halata. Kung mas mababa ang temperatura, mas mabagal ang paghahatid ng ion sa loob ng baterya at mas malaki ang panloob na resistensya ng baterya. Ang impedance ng baterya ay maaaring nahahati sa bulk impedance, SEI membrane impedance, at charge transfer impedance. Ang bulk impedance at SEI membrane impedance ay pangunahing apektado ng electrolyte ionic conductivity, at ang pagbabago ng trend sa mababang temperatura ay pare-pareho sa pagbabago ng trend ng electrolyte conductivity. Kung ikukumpara sa pagtaas ng bulk impedance at SEI film resistance sa mababang temperatura, ang charge reaction impedance ay tumataas nang mas malaki sa pagbaba ng temperatura. Sa ibaba -20°C, ang impedance ng reaksyon ng pagsingil ay halos 100% ng kabuuang panloob na resistensya ng baterya.

SOC

Kapag ang baterya ay nasa iba’t ibang SOC, ang panloob na resistensya nito ay iba rin, lalo na ang DC panloob na resistensya ay direktang nakakaapekto sa pagganap ng kapangyarihan ng baterya, at pagkatapos ay sumasalamin sa pagganap ng baterya sa aktwal na estado: ang DC panloob na resistensya ng lithium baterya ay nag-iiba sa ang lalim ng discharge DOD ng baterya Ang panloob na resistensya ay karaniwang hindi nagbabago sa pagitan ng 10%~80% na discharge. Sa pangkalahatan, ang panloob na pagtutol ay tumataas nang malaki sa mas malalim na lalim ng paglabas.

imbakan

Habang tumataas ang oras ng pag-iimbak ng mga baterya ng lithium-ion, patuloy na tumatanda ang mga baterya, at patuloy na tumataas ang panloob na resistensya ng mga ito. Ang iba’t ibang uri ng mga baterya ng lithium ay may iba’t ibang antas ng pagbabago sa panloob na resistensya. Pagkatapos ng mahabang panahon ng pag-iimbak sa loob ng 9-10 buwan, mas mataas ang rate ng pagtaas ng panloob na resistensya ng mga baterya ng LFP kaysa sa mga baterya ng NCA at NCM. Ang pagtaas ng rate ng panloob na pagtutol ay nauugnay sa oras ng imbakan, temperatura ng imbakan at SOC ng imbakan

ikot

Maging ito ay imbakan o pagbibisikleta, ang temperatura ay may parehong epekto sa panloob na resistensya ng baterya. Kung mas mataas ang temperatura ng cycle, mas malaki ang pagtaas ng rate ng panloob na pagtutol. Ang iba’t ibang mga agwat ng pag-ikot ay may iba’t ibang epekto sa panloob na resistensya ng baterya. Ang panloob na paglaban ng baterya ay tumataas sa pagtaas ng lalim ng singil at paglabas, at ang pagtaas ng panloob na pagtutol ay proporsyonal sa pagtaas ng lalim ng singil at paglabas. Bilang karagdagan sa epekto ng lalim ng singil at paglabas sa ikot, ang boltahe ng cut-off ng singil ay mayroon ding epekto: ang masyadong mababa o masyadong mataas na limitasyon sa itaas ng boltahe ng singil ay tataas ang impedance ng interface ng elektrod, at isang Ang passivation film ay hindi maaaring mabuo nang maayos sa ilalim ng masyadong mababang upper limit na boltahe, at Masyadong mataas ang boltahe na upper limit ay magiging sanhi ng electrolyte na mag-oxidize at mabulok sa ibabaw ng LiFePO4 electrode upang bumuo ng mga produktong may mababang electrical conductivity.

iba

Ang mga bateryang lithium na naka-mount sa sasakyan ay hindi maaaring hindi makaranas ng hindi magandang kondisyon ng kalsada sa mga praktikal na aplikasyon, ngunit natuklasan ng mga pag-aaral na ang kapaligiran ng panginginig ng boses ng baterya ng lithium ay halos walang epekto sa panloob na resistensya ng baterya ng lithium sa panahon ng proseso ng aplikasyon.

Tanawan

Ang panloob na resistensya ay isang mahalagang parameter upang masukat ang pagganap ng kapangyarihan ng lithium-ion at suriin ang buhay ng baterya. Kung mas malaki ang panloob na resistensya, mas malala ang bilis ng pagganap ng baterya, at mas mabilis itong tumataas sa panahon ng pag-iimbak at pag-recycle. Ang panloob na resistensya ay nauugnay sa istraktura ng baterya, mga katangian ng materyal ng baterya at proseso ng pagmamanupaktura, at mga pagbabago sa mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran at estado ng singil. Samakatuwid, ang pagbuo ng mababang panloob na resistensya ng mga baterya ay ang susi sa pagpapabuti ng pagganap ng lakas ng baterya, at kasabay nito, ang pag-master sa pagbabago ng mga batas ng panloob na resistensya ng baterya ay may napakahalagang praktikal na kahalagahan para sa hula ng buhay ng baterya.