Lityum batareyalardan foydalanish bilan batareyaning ishlashi, asosan, quvvatning pasayishi, ichki qarshilikning oshishi, quvvatning pasayishi va boshqalar kabi pasayishda davom etadi. Batareyaning ichki qarshiligining o’zgarishi harorat va tushirish chuqurligi kabi turli xil foydalanish shartlariga ta’sir qiladi. Shuning uchun batareyaning ichki qarshiligiga ta’sir qiluvchi omillar akkumulyator strukturasi dizayni, xom ashyoning ishlashi, ishlab chiqarish jarayoni va foydalanish shartlari bo’yicha tavsiflanadi.

Qarshilik – bu lityum batareya ishlayotgan vaqtda batareyaning ichida oqim o’tganda oladigan qarshilik. Odatda, lityum batareyalarning ichki qarshiligi ohmik ichki qarshilik va polarizatsiya ichki qarshiligiga bo’linadi. Om ichki qarshilik elektrod materiali, elektrolitlar, diafragma qarshiligi va har bir qismning kontakt qarshiligidan iborat. Polarizatsiyaning ichki qarshiligi elektrokimyoviy reaktsiya paytida qutblanish natijasida yuzaga keladigan qarshilikni, shu jumladan elektrokimyoviy polarizatsiyaning ichki qarshiligini va kontsentratsiyaning polarizatsiyasining ichki qarshiligini anglatadi. Batareyaning ohmik ichki qarshiligi batareyaning umumiy o’tkazuvchanligi bilan belgilanadi va batareyaning polarizatsiya ichki qarshiligi elektrod faol materialidagi lityum ionlarining qattiq fazali diffuziya koeffitsienti bilan belgilanadi.

Ohm qarshilik

Ohmik qarshilik asosan uch qismga bo’linadi, biri ion empedans, ikkinchisi elektron empedans, uchinchisi esa kontakt empedansidir. Umid qilamizki, lityum batareyaning ichki qarshiligi imkon qadar kichik, shuning uchun biz ushbu uchta element uchun ohmik ichki qarshilikni kamaytirish uchun aniq choralar ko’rishimiz kerak.

Ion impedansi

Lityum batareyaning ion qarshiligi batareya ichidagi lityum ionlarining uzatilishiga qarshilikni anglatadi. Lityum batareyada lityum ion ko’chish tezligi va elektron o’tkazuvchanlik tezligi bir xil darajada muhim rol o’ynaydi va ion qarshiligiga asosan ijobiy va salbiy elektrod materiallari, ajratuvchi va elektrolitlar ta’sir qiladi. Ion empedansini kamaytirish uchun siz quyidagilarni bajarishingiz kerak:

Ijobiy va salbiy materiallar va elektrolitlarning yaxshi namlanishiga ishonch hosil qiling

Qutb qismini loyihalashda mos siqilish zichligini tanlash kerak. Siqilish zichligi juda katta bo’lsa, elektrolitni infiltratsiya qilish oson emas, bu esa ion qarshiligini oshiradi. Salbiy qutb bo’lagi uchun, agar birinchi zaryad va tushirish paytida faol material yuzasida hosil bo’lgan SEI plyonkasi juda qalin bo’lsa, u ham ion qarshiligini oshiradi. Ayni paytda uni hal qilish uchun batareyani shakllantirish jarayonini sozlash kerak.

Elektrolitlarning ta’siri

Elektrolitlar tegishli konsentratsiyaga, yopishqoqlikka va o’tkazuvchanlikka ega bo’lishi kerak. Elektrolitning viskozitesi juda yuqori bo’lsa, u elektrolitlar va ijobiy va salbiy elektrodlarning faol materiallari o’rtasidagi infiltratsiyaga yordam bermaydi. Shu bilan birga, elektrolitlar ham past konsentratsiyaga muhtoj, juda yuqori konsentratsiya ham uning oqimi va infiltratsiyasiga yordam bermaydi. Elektrolitning o’tkazuvchanligi ionlarning migratsiyasini belgilaydigan ion qarshiligiga ta’sir qiluvchi eng muhim omil hisoblanadi.

Diafragmaning ion qarshiligiga ta’siri

Diafragmaning ion qarshiligiga asosiy ta’sir etuvchi omillari quyidagilardir: diafragmadagi elektrolitlar taqsimoti, diafragma maydoni, qalinligi, g’ovak o’lchami, g’ovaklik va burilish koeffitsienti. Keramika diafragmalari uchun, shuningdek, keramika zarralari diafragmaning teshiklarini to’sib qo’ymaslik kerak, bu esa ionlarning o’tishiga yordam bermaydi. Elektrolitning diafragma ichiga to’liq infiltratsiyasini ta’minlagan holda, unda ortiqcha elektrolitlar qolmasligi kerak, bu elektrolitning samaradorligini pasaytiradi.

Elektron impedans

Elektron impedansning ko’plab ta’sir etuvchi omillari mavjud, ular materiallar va jarayonlar kabi jihatlardan yaxshilanishi mumkin.

Ijobiy va salbiy plitalar

Ijobiy va salbiy plitalarning elektron impedansiga ta’sir qiluvchi asosiy omillar quyidagilardir: faol material va oqim kollektori o’rtasidagi aloqa, faol materialning o’zi omillari va plastinka parametrlari. Faol material joriy kollektor mis folga, alyuminiy folga asosiy materialdan va ijobiy va salbiy elektrod pastalarining yopishishidan ko’rib chiqilishi mumkin bo’lgan oqim kollektor yuzasi bilan to’liq aloqada bo’lishi kerak. Tirik materialning o’zining g’ovakliligi, zarrachalar yuzasida qo’shimcha mahsulotlar va o’tkazuvchi vosita bilan notekis aralashish va boshqalar elektron impedansning o’zgarishiga olib keladi. Tirik materiyaning zichligi kabi qutbli plastinka parametrlari juda kichik, zarralar orasidagi bo’shliq juda katta, bu elektron o’tkazuvchanligiga mos kelmaydi.

Diafragma

Diafragmaning elektron empedansiga ta’sir qiluvchi asosiy omillar quyidagilardir: membrananing qalinligi, g’ovakligi va zaryadlash va tushirish jarayonida yon mahsulotlar. Birinchi ikkitasini tushunish oson. Batareya qismlarga ajratilgandan so’ng, seperatorda ko’pincha jigarrang materialning qalin qatlami topiladi, jumladan grafit manfiy elektrod va uning reaktsiyasi qo’shimcha mahsulotlar, bu diafragma teshiklarini to’sib qo’yadi va batareyaning ishlash muddatini qisqartiradi.

Joriy kollektor substrati

Materiallar, qalinligi, oqim kollektorining kengligi va yorliqlar bilan aloqa qilish darajasi elektron impedansga ta’sir qiladi. Hozirgi kollektor oksidlanmagan va passivlashtirilmagan substratni tanlashi kerak, aks holda bu impedansga ta’sir qiladi. Mis va alyuminiy folga va yorliqlar orasidagi yomon payvandlash ham elektron impedansga ta’sir qiladi.

Kontaktga qarshilik

Aloqa qarshiligi mis va alyuminiy folga va faol material o’rtasidagi aloqa o’rtasida hosil bo’ladi va ijobiy va salbiy elektrod pastalarining yopishishiga e’tibor berish kerak.

Polarizatsiyalangan ichki qarshilik

Elektrodlardan oqim o’tganda, elektrod potentsialining muvozanat elektrod potentsialidan chetga chiqish hodisasi elektrod polarizatsiyasi deb ataladi. Polarizatsiya ohmik qutblanish, elektrokimyoviy qutblanish va kontsentratsiya polarizatsiyasini o’z ichiga oladi. Polarizatsiya qarshiligi elektrokimyoviy reaksiya jarayonida musbat elektrod va batareyaning manfiy elektrodining qutblanishi natijasida yuzaga keladigan ichki qarshilikni anglatadi. Batareyaning ichki mustahkamligini aks ettirishi mumkin, ammo operatsiya va usulning ta’siri tufayli ishlab chiqarish uchun mos emas. Ichki qutblanish qarshiligi doimiy emas va u zaryadlash va tushirish jarayonida vaqt o’tishi bilan o’zgaradi. Buning sababi shundaki, faol moddaning tarkibi, elektrolitlar konsentratsiyasi va harorati doimo o’zgarib turadi. Om ichki qarshilik Ohm qonuniga bo’ysunadi va polarizatsiya ichki qarshiligi oqim zichligi oshishi bilan ortadi, lekin bu chiziqli munosabatlar emas. Ko’pincha oqim zichligining logarifmi ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi.

Strukturaviy dizayn ta’siri

Batareya strukturasi dizaynida, akkumulyator strukturasining o’zini perchinlash va payvandlashdan tashqari, batareya yorliqlarining soni, o’lchami va joylashuvi batareyaning ichki qarshiligiga bevosita ta’sir qiladi. Ma’lum darajada, yorliqlar sonini ko’paytirish batareyaning ichki qarshiligini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Yorliqlarning joylashuvi batareyaning ichki qarshiligiga ham ta’sir qiladi. Ijobiy va manfiy qutb bo’laklarining boshida joylashgan yorliqli o’ralgan batareyaning ichki qarshiligi eng katta. Yara batareyasi bilan taqqoslaganda, laminatlangan batareya parallel ravishda o’nlab kichik batareyalarga teng. , Uning ichki qarshiligi kichikroq.

Xom ashyoning ishlashga ta’siri

Positive and negative active materials

Lityum batareyalarda musbat elektrod materiali lityum saqlash tomoni bo’lib, lityum batareyaning ishlashini ko’proq aniqlaydi. Ijobiy elektrod materiali, asosan, qoplama va doping orqali zarralar orasidagi elektron o’tkazuvchanlikni yaxshilaydi. Misol uchun, Ni bilan doping PO aloqasining mustahkamligini oshiradi, LiFePO4 / C tuzilishini barqarorlashtiradi, hujayra hajmini optimallashtiradi va ijobiy elektrod materialining zaryad o’tkazuvchanligini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Faollashtirish polarizatsiyasining sezilarli darajada oshishi, ayniqsa salbiy elektrodning faollashuv polarizatsiyasi jiddiy polarizatsiyaning asosiy sababidir. Salbiy elektrodning zarracha hajmini kamaytirish salbiy elektrodning faol polarizatsiyasini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Salbiy elektrodning qattiq fazali zarracha hajmi yarmiga kamaytirilganda, faol polarizatsiya 45% ga kamayishi mumkin. Shuning uchun, batareya dizayni nuqtai nazaridan, ijobiy va salbiy materiallarning o’zlarini takomillashtirish bo’yicha tadqiqotlar ham ajralmas hisoblanadi.

Supero’tkazuvchi vosita

Grafit va uglerod qora ranglari yaxshi xususiyatlari tufayli lityum batareyalar sohasida keng qo’llaniladi. Grafit asosidagi Supero’tkazuvchilar vosita bilan solishtirganda, uglerod qorasi asosidagi Supero’tkazuvchilar moddasi bo’lgan musbat elektrod batareyaning ishlash tezligini yaxshilaydi, chunki grafitga asoslangan Supero’tkazuvchilar zarrachalar morfologiyasiga ega bo’lib, bu katta tezlikda g’ovak burilishlarining katta o’sishiga olib keladi va Li suyuq fazali diffuziya sodir bo’lishi oson. Jarayonning tushirish qobiliyatini cheklaydigan hodisa. CNT qo’shilgan batareyaning ichki qarshiligi pastroq, chunki grafit / uglerod qora va faol material o’rtasidagi nuqta aloqasi bilan solishtirganda, tolali uglerod nanotubalari faol material bilan chiziqli aloqada bo’lib, batareyaning interfeys empedansini kamaytirishi mumkin.

Joriy kollektor

Joriy kollektor va faol material o’rtasidagi interfeys qarshiligini kamaytirish va ikkalasi o’rtasidagi bog’lanish kuchini yaxshilash lityum batareyalarning ish faoliyatini yaxshilashning muhim vositasidir. Alyuminiy folga yuzasida Supero’tkazuvchilar uglerod qoplamasini qoplash va alyuminiy folga ustidagi korona bilan ishlov berish batareyaning interfeys empedansini samarali ravishda kamaytirishi mumkin. Oddiy alyuminiy folga bilan solishtirganda, uglerod bilan qoplangan alyuminiy folga foydalanish batareyaning ichki qarshiligini taxminan 65% ga kamaytirishi va foydalanish paytida batareyaning ichki qarshiligini oshirishi mumkin. Korona bilan ishlangan alyuminiy folga AC ichki qarshiligini taxminan 20% ga kamaytirish mumkin. Keng tarqalgan ishlatiladigan 20% ~ 90% SOC oralig’ida umumiy DC ichki qarshiligi nisbatan kichik va tushirish chuqurligi oshgani sayin o’sish asta-sekin kichikroq bo’ladi.

Diafragma

Batareya ichidagi ion o’tkazuvchanligi elektrolitdagi Li ionlarining gözenekli diafragma orqali tarqalishiga bog’liq. Diafragmaning suyuqlikni yutish va namlash qobiliyati yaxshi ion oqimi kanalini shakllantirishning kalitidir. Diafragma suyuqlikni yutish tezligi va gözenekli tuzilishga ega bo’lsa, uni yaxshilash mumkin. O’tkazuvchanlik batareyaning empedansini pasaytiradi va batareya tezligini yaxshilaydi. Oddiy taglik membranalari bilan solishtirganda, keramik diafragma va kauchuk qoplamali diafragma nafaqat diafragmaning yuqori haroratli qisqarish qarshiligini sezilarli darajada yaxshilaydi, balki diafragmaning suyuqlikni singdirish va namlash qobiliyatini ham oshiradi. PP diafragmasiga SiO2 seramika qoplamasining qo’shilishi diafragmani suyuqlikni singdirishi mumkin. Hajmi 17% ga oshdi. PP / PE kompozit diafragmada 1 mkm PVDF-HFP qoplamasi, diafragmaning suyuqlik assimilyatsiya tezligi 70% dan 82% gacha oshiriladi va hujayraning ichki qarshiligi 20% dan ko’proq kamayadi.

Ishlab chiqarish jarayoni va foydalanish sharoitlari nuqtai nazaridan, batareyaning ichki qarshiligiga ta’sir qiluvchi omillar asosan quyidagilarni o’z ichiga oladi:

Jarayon omillari ta’sir qiladi

Pulpa

Aralash paytida atala dispersiyasining bir xilligi, o’tkazuvchi vositaning u bilan yaqin aloqada bo’lgan faol materialda bir xilda tarqalishi mumkinligiga ta’sir qiladi, bu batareyaning ichki qarshiligi bilan bog’liq. Yuqori tezlikdagi dispersiyani oshirish orqali atala dispersiyasining bir xilligi yaxshilanishi mumkin va batareyaning ichki qarshiligi kichikroq bo’ladi. Sirt faol moddasini qo’shib, elektrodda o’tkazuvchi vositaning taqsimlanishining bir xilligini yaxshilash va elektrokimyoviy polarizatsiyani kamaytirish va o’rtacha tushirish kuchlanishini oshirish mumkin.

qoplama

Hudud zichligi batareya dizaynining asosiy parametrlaridan biridir. Batareya quvvati doimiy bo’lganda, qutb qismlarining sirt zichligini oshirish muqarrar ravishda oqim kollektori va diafragmaning umumiy uzunligini kamaytiradi va shunga mos ravishda batareyaning ohmik qarshiligi kamayadi. Shuning uchun, ma’lum bir oraliqda, batareyaning ichki qarshiligi mintaqaviy zichlik oshgani sayin pasayadi. Qoplash va quritish jarayonida erituvchi molekulalarining migratsiyasi va ajralishi pechning harorati bilan chambarchas bog’liq bo’lib, bu qutb bo’lagida bog’lovchi va o’tkazuvchi vositaning taqsimlanishiga bevosita ta’sir qiladi va keyin qutb bo’lagi ichidagi Supero’tkazuvchilar panjara shakllanishiga ta’sir qiladi. Shuning uchun qoplama va quritish jarayoni Harorat ham batareyaning ishlashini optimallashtirish uchun muhim jarayondir.

Rolling

Siqilish zichligi oshishi bilan batareyaning ichki qarshiligi ma’lum darajada kamayadi. Siqilish zichligi oshganligi sababli, xom ashyo zarralari orasidagi masofa kamayadi. Zarrachalar orasidagi aloqa qanchalik ko’p bo’lsa, o’tkazuvchan ko’priklar va kanallar shunchalik ko’p bo’ladi va batareya Empedans kamayadi. Siqilish zichligini nazorat qilish asosan prokat qalinligi orqali amalga oshiriladi. Har xil dumaloq qalinliklar batareyaning ichki qarshiligiga ko’proq ta’sir qiladi. Rolling qalinligi katta bo’lsa, faol materialning mahkam o’ralmasligi sababli faol material va oqim kollektori o’rtasidagi aloqa qarshiligi ortadi va batareyaning ichki qarshiligi ortadi. Batareyani aylantirgandan so’ng, batareyaning musbat elektrod yuzasida nisbatan qalin prokat qalinligida yoriqlar hosil bo’ladi, bu qutb qismining sirt faol moddasi va oqim kollektori o’rtasidagi aloqa qarshiligini yanada oshiradi.

Qutb bo’lagining aylanish vaqti

Ijobiy elektrodning turli xil raf muddati batareyaning ichki qarshiligiga ko’proq ta’sir qiladi. Raf muddati qisqa bo’lsa, lityum temir fosfat va lityum temir fosfat yuzasida uglerod qoplama qatlamining ta’siri tufayli batareyaning ichki qarshiligi asta-sekin o’sib boradi; Batareya uzoq vaqt davomida (23 soatdan ortiq) qoldirilganda, lityum temir fosfatning suv bilan reaksiyaga kirishishi va yopishtiruvchi birikmaning qo’shma ta’siri tufayli batareyaning ichki qarshiligi sezilarli darajada oshadi. Shuning uchun, haqiqiy ishlab chiqarishda qutb qismlarining aylanish vaqtini qat’iy nazorat qilish kerak.

Suyuq in’ektsiya

Elektrolitning ion o’tkazuvchanligi batareyaning ichki qarshiligi va tezligi xususiyatlarini aniqlaydi. Elektrolitning o’tkazuvchanligi erituvchining yopishqoqligiga teskari proportsional bo’lib, litiy tuzining konsentratsiyasi va anionlarning kattaligi bilan ham ta’sir qiladi. O’tkazuvchanlik bo’yicha optimallashtirish tadqiqotlariga qo’shimcha ravishda, in’ektsiya hajmi va in’ektsiyadan keyin infiltratsiya vaqti ham batareyaning ichki qarshiligiga bevosita ta’sir qiladi. Kichkina in’ektsiya hajmi yoki infiltratsiya vaqtining etarli emasligi batareyaning ichki qarshiligini juda katta bo’lishiga olib keladi va shu bilan batareyaning o’ynash qobiliyatiga ta’sir qiladi.

Foydalanish shartlarining ta’siri

harorat

Haroratning ichki qarshilikka ta’siri aniq. Harorat qancha past bo’lsa, akkumulyator ichidagi ion uzatish sekinroq bo’ladi va batareyaning ichki qarshiligi shunchalik katta bo’ladi. Batareya empedansini ommaviy empedans, SEI membrana empedansi va zaryad o’tkazish empedansiga bo’lish mumkin. Ommaviy empedans va SEI membrana empedansi asosan elektrolitlar ion o’tkazuvchanligidan ta’sirlanadi va past haroratdagi o’zgarish tendentsiyasi elektrolitlar o’tkazuvchanligining o’zgarish tendentsiyasiga mos keladi. Past haroratlarda ommaviy empedans va SEI plyonka qarshiligining oshishi bilan solishtirganda, haroratning pasayishi bilan zaryad reaktsiyasi empedansi sezilarli darajada oshadi. -20 ° C dan past bo’lsa, zaryad reaktsiyasi empedansi batareyaning umumiy ichki qarshiligining deyarli 100% ni tashkil qiladi.

SOC

Batareya turli xil SOCda bo’lsa, uning ichki qarshiligi ham farq qiladi, ayniqsa DC ichki qarshiligi batareyaning quvvat ko’rsatkichlariga bevosita ta’sir qiladi va keyin batareyaning ish faoliyatini haqiqiy holatda aks ettiradi: lityum batareyaning DC ichki qarshiligi o’zgaradi. batareyaning zaryadsizlanish chuqurligi DOD ichki qarshilik 10% ~ 80% tushirish oralig’ida asosan o’zgarmaydi. Odatda, chuqurroq tushirish chuqurligida ichki qarshilik sezilarli darajada oshadi.

saqlash

Lityum-ion batareyalarni saqlash muddati oshgani sayin, batareyalar eskirishda davom etadi va ularning ichki qarshiligi oshib boradi. Har xil turdagi lityum batareyalar ichki qarshilikdagi o’zgarishlarning turli darajalariga ega. 9-10 oy davomida uzoq muddatli saqlashdan so’ng, LFP batareyalarining ichki qarshiligini oshirish tezligi NCA va NCM batareyalariga qaraganda yuqori. Ichki qarshilikning o’sish tezligi saqlash vaqti, saqlash harorati va saqlash SOC bilan bog’liq

pastadir

Saqlash yoki velosipedda bo’ladimi, harorat batareyaning ichki qarshiligiga bir xil ta’sir qiladi. Tsiklning harorati qanchalik baland bo’lsa, ichki qarshilikning o’sish tezligi shunchalik yuqori bo’ladi. Turli xil tsikl intervallari batareyaning ichki qarshiligiga turli xil ta’sir ko’rsatadi. Batareyaning ichki qarshiligi zaryad va zaryadsizlanish chuqurligining ortishi bilan ortadi va ichki qarshilikning ortishi zaryad va tushirish chuqurligining ortishi bilan mutanosib bo’ladi. Tsikldagi zaryad va tushirish chuqurligining ta’siridan tashqari, zaryadni kesish kuchlanishi ham ta’sir qiladi: zaryad kuchlanishining juda past yoki juda yuqori yuqori chegarasi elektrodning interfeys empedansini oshiradi va passivatsiya plyonkasi juda past yuqori chegara kuchlanishida yaxshi hosil bo’lolmaydi va juda yuqori kuchlanish yuqori chegarasi elektrolitning oksidlanishiga va LiFePO4 elektrodi yuzasida parchalanishiga olib keladi va past elektr o’tkazuvchanligi bo’lgan mahsulotlarni hosil qiladi.

boshqa

Avtomobilga o’rnatilgan lityum batareyalar amaliy dasturlarda muqarrar ravishda yomon yo’l sharoitlarini boshdan kechiradi, ammo tadqiqotlar shuni ko’rsatdiki, lityum batareyaning tebranish muhiti dastur jarayonida lityum batareyaning ichki qarshiligiga deyarli ta’sir qilmaydi.

nuqtai nazar

Ichki qarshilik lityum-ion quvvat ish faoliyatini o’lchash va batareyaning ishlash muddatini baholash uchun muhim parametrdir. Ichki qarshilik qanchalik katta bo’lsa, batareyaning tezligi yomonroq bo’ladi va saqlash va qayta ishlash jarayonida tezroq oshadi. Ichki qarshilik batareyaning tuzilishiga, batareyaning materialining xususiyatlariga va ishlab chiqarish jarayoniga bog’liq va atrof-muhit harorati va zaryad holatining o’zgarishi bilan o’zgaradi. Shu sababli, past ichki qarshilik batareyalarini ishlab chiqish batareya quvvati ish faoliyatini yaxshilashning kalitidir va shu bilan birga, batareyaning ichki qarshiligining o’zgaruvchan qonunlarini o’zlashtirish batareyaning ishlash muddatini bashorat qilish uchun juda muhim amaliy ahamiyatga ega.