الكشف عن أسرار المقاومة الداخلية لبطارية الليثيوم: العوامل الرئيسية المؤثرة وحلول التحسين

المقاومة الداخلية هي المقاومة التي يواجهها التيار الذي يتدفق عبر بطارية الليثيوم أثناء التشغيل.يمكن تقسيمه إلى مقاومة داخلية AC ومقاومة داخلية DCالمقاومة الداخلية للبطارية هي معيار مهم لتقييم جودة بطاريات ليثيوم أيون. المقاومة الداخلية العالية تولد كمية كبيرة من حرارة الجول.يسبب ارتفاع درجة حرارة البطارية، مما يؤدي إلى انخفاض في فولتاج التفريغ وتقصير وقت التفريغ ، مما يؤثر بشكل خطير على أداء البطارية ومدة عمرها.المقاومة الداخلية هي أيضًا معيار مهم يجب مراعاته في اختبارات الأداء الكهروكيماوي لبطاريات الليثيومستقوم هذه المقالة بمشاركة العوامل التي تؤثر على المقاومة الداخلية لبطاريات الليثيوم ، مع مراعاة مواد وعمليات تصنيع بطاريات الليثيوم.

بشكل عام ، تنقسم المقاومة الداخلية للبطارية إلى المقاومة الأوهمية ومقاومة الاستقطاب. تتكون المقاومة الأوهمية من مقاومة مواد الأقطاب الكهربائية ، والكهربائي ، والفاصل ،ومقاومة الاتصال للمكونات المختلفةمقاومة الاستقطاب تشير إلىالمقاومةناتجة عن الاستقطاب أثناء التفاعلات الكهروكيميائية، بما في ذلك مقاومة الاستقطاب الكهروكيميائي ومقاومة استقطاب التركيز.المقاومة الأوهمية للبطارية تحددها التوصيل الكلي للبطارية، في حين أن مقاومة الاستقطاب يتم تحديدها بمعدل الانتشار في المرحلة الصلبة لأيونات الليثيوم في المواد النشطة في الأقطاب الكهربائية.

I. المقاومة الأومية

تقسم المقاومة الأوهمية أساسا إلى ثلاثة أجزاء: المعوقة الأيونية، المعوقة الإلكترونية، ومعوقة الاتصال.يجب اتخاذ تدابير محددة للحد من هذه المكونات الثلاث من المقاومة الأوهمية.

1.عائق الأيونات

المعوقة الأيونية لبطارية الليثيوم تشير إلى المقاومة التي تواجهها أيونات الليثيوم أثناء نقلها داخل البطارية. في بطاريات الليثيوم ،سرعة هجرة أيونات الليثيوم وسرعة توصيل الإلكترونات تلعب أدوار مهمة بنفس القدر. تتأثر معوقة الأيونات بشكل رئيسي بمواد الأقطاب الإيجابية والسلبية والفاصل والكهربائي. للحد من المعوقة الأيونية ، يجب معالجة النقاط التالية:

1 تأكد من الرطوبة الجيدة بين مواد الأقطاب الإيجابية والسلبية والكهربائي.

عند تصميم أوراق الأقطاب الكهربائية ، يجب اختيار كثافة الضغط المناسبة. إذا كانت كثافة الضغط عالية جدًا ، فلن يخترق الالكتروليت بسهولة.زيادة عائق الأيوناتبالنسبة لشريحة الإلكترود السلبي ، إذا كانت فيلم SEI الذي تم تشكيله على سطح المواد النشطة أثناء الشحن والتفريغ الأول سميكًا جدًا ، فسيزيد أيضًا من عائق الأيونات.هذا يتطلب تعديل عملية تشكيل البطارية لحل المشكلة.

 2 تأثير الالكتروليت

يجب أن يكون للكهربائي تركيز ولوصلة وموصلية مناسبة. يمنع اللزوجة المفرطة للكهربائي من رطوبة المواد النشطة في الأقطاب الإيجابية والسلبية.في نفس الوقت، يجب أن يكون الكهربائي تركيزه منخفضًا؛ التركيز المرتفع جدًا يضر أيضًا بتدفقه ورطوبته.موصلة الالكتروليت هو أهم عامل يؤثر على عائق الأيونات، لأنها تحدد هجرة الأيونات.

3 تأثير المنفصل على المعوقة الأيونية

العوامل الرئيسية التي تؤثر على العائق الأيوني في الفاصل تشمل: توزيع الكهربائيات داخل الفاصل ، ومساحة الفاصل ، والسمك ، وحجم المسام ، والثقوبية ، والتواء.لجهاز الفصل السيراميكي، من الضروري أيضاً منع جزيئات السيراميك من حجب مسام الفاصل، مما يعيق مرور الأيونات. مع ضمان رطوبة الكهربائيات الكافية للفاصل،يجب أن لا يكون هناك أي مادة كهربائية زائدة تبقى بداخلها، والذي من شأنه أن يقلل من كفاءة استخدام الكهربائيات.

2العائق الإلكتروني

يتأثر العائق الإلكتروني بالعديد من العوامل ، ويمكن إجراء تحسينات من جوانب مثل المواد وعمليات التصنيع.

1 ألواح الكهرباء الإيجابية والسلبية

العوامل التي تؤثر على التعارض الإلكتروني لألواح الأقطاب الإيجابية والسلبية تشمل أساساً: الاتصال بين المواد النشطة وجمع التيار ،خصائص المادة النشطة نفسها، ومعلمات لوحة الأقطاب الكهربائية. يجب أن تكون المادة النشطة على اتصال كامل مع سطح الجمع الحالي،والتي يمكن اعتبارها من رصيف النحاس والألومنيوم من الجمع الجاري والتماسك من السائل الإيجابي والسلبي للكهرباءمسامية المادة النشطة نفسها، والمنتجات الجانبية على سطح الجسيمات، وعدم الاختلاط بشكل متساو مع الوكيل الموصل يمكن أن يسبب تغييرات في العائق الإلكتروني.معايير لوحة الكترود، مثل الكثافة المنخفضة للمواد النشطة، تؤدي إلى فجوات كبيرة بين الجسيمات، والتي هي غير مواتية لقيادة الإلكترونات.

2 منفصل

تشمل العوامل التي تؤثر على العقبة الإلكترونية للمفصل بشكل رئيسي: سمك المفصل ، التسامي ، والمنتجات الجانبية أثناء الشحن والتفريغ. أول اثنين سهل الفهم.بعد تفكيك خلية البطارية، غالبًا ما توجد طبقة سميكة من المادة البنية على المنفصل ، والتي تشمل الكهرباء السلبية الجرافيت ومنتجاتها التفاعلية.هذا يمكن أن يسبب انسداد منافذ الفصل وتقليل عمر البطارية.

3 رصيف الجمع الحالي

المادة، سمك، عرض مجمع التيار، وتلامسه مع علامات الأقطاب الكهربائية كل ذلك يؤثر على العائق الإلكتروني.المجمع الحالي يحتاج إلى أن تكون مصنوعة من الركيزة غير محسدة وغير متحركةوإلا، فإنه سيؤثر على المعوقة. سوء اللحام بين ورق النحاس / الألومنيوم والفوط الكهربائية سوف تؤثر أيضا على المعوقة الإلكترونية.

3تعارض الاتصال

يتم تشكيل مقاومة الاتصال عند الاتصال بين ورق النحاس / الألومنيوم والمواد الفعالة ،والتمسك من السائل الإيجابي والسلبي للكهرباء يحتاج إلى إيلاء اهتمام خاص.

المقاومة الداخلية للتقطيب

عندما يتدفق التيار من خلال الأقطاب الكهربائية، فإن ظاهرة احتمال الأقطاب الكهربائية التي تختلف عن احتمال الأقطاب الكهربائية المتوازنة تسمى استقطاب الأقطاب الكهربائية.الاستقطاب يشمل الاستقطاب الأوهمي، الاستقطاب الكهروكيميائي، واستقطاب التركيز، كما هو مبين في الشكل أدناه.مقاومة الاستقطاب تشير إلى المقاومة الداخلية الناجمة عن الاستقطاب خلال التفاعل الكهروكيماوي بين الأقطاب الإيجابية والسلبية للبطاريةيمكن أن تعكس اتساق الهيكل الداخلي للبطارية ، ولكن بسبب تأثير التشغيل والأساليب ، فإنه ليس مناسبًا للاستخدام في الإنتاج.المقاومة الداخلية للتقطيب ليست ثابتةيتغير باستمرار مع مرور الوقت أثناء الشحن والفراغ لأن تكوين المادة النشطة وتركيز الالكتروليت ودرجة الحرارة تتغير باستمرار.المقاومة الداخلية للأوهمية تُطيع قانون أوهم، وتزداد المقاومة الداخلية الاستقطابية مع زيادة كثافة التيار ، ولكن ليس بشكل خطي. عادة ما تزداد بشكل خطي مع اللوغاريتم من كثافة التيار.

بشكل عام، المقاومة الداخلية للبطارية مساوية لمجموع المقاومة الداخلية للتقطيب والمقاومة الداخلية الأوهمية.قياس المقاومة الداخلية لمواصلة التيار ذو أهمية كبيرةالعديد من العوامل تؤثر على مقاومة الاستقطاب الداخلية، مثل معدل الشحن والفراغ، ودرجة حرارة البيئة، وحالة SOC، وتركيز الكهربائيات.

III. أساليب قياس المقاومة الداخلية للبطارية المستخدمة حاليًا في الصناعة

في التطبيقات الصناعية، يتم قياس المقاومة الداخلية للبطارية بدقة باستخدام معدات متخصصة.الطرق الرئيسية لقياس المقاومة الداخلية للبطارية المستخدمة في الصناعة هي كما يلي::

1طريقة قياس المقاومة الداخلية للتفريغ المتردد

وفقًا للصيغة الفيزيائية R = U / I ، فإن معدات الاختبار تدفع تيار ثابت ثابت كبير (التيار عادةً ما يتراوح بين 40A و 80A) عبر البطارية لفترة قصيرة (عادةً 2-3 ثوان).يقيس الجهد عبر البطارية في هذا الوقت، ويحسب المقاومة الداخلية الحالية للبطارية باستخدام الصيغة.

طريقة القياس هذه لها دقة عالية؛ إذا تم التحكم فيها بشكل صحيح، يمكن التحكم في خطأ دقة القياس في حدود 0.1٪.

ومع ذلك، هذه الطريقة لديها عيوب واضحة:

(1)يمكن أن يقيس فقط البطاريات الكبيرة السعة أو الأكومولات؛ البطاريات الصغيرة السعة لا يمكن أن تتحمل تيار كبير من 40A إلى 80A في غضون 2-3 ثوان.

(2)عندما يمر تيار كبير من خلال البطارية، الالكترودات داخل البطارية سوف تخضع للاستقطاب، وتوليد المقاومة الداخلية الاستقطاب.يجب أن يكون وقت القياس قصير جداًوإلا فإن قيمة المقاومة الداخلية المقاسة ستكون لها خطأ كبير.

(3)التيار الكبير الذي يمر عبر البطارية يمكن أن يسبب بعض الأضرار للبطاريات داخل البطارية.

2طريقة قياس مقاومة التردد الداخلية

لأن البطارية تعادل أساسا المقاومة النشطة، ونحن نطبق تردد ثابت والتيار الثابت إلى البطارية (في الوقت الحالي،يتم استخدام تردد 1 كيلو هرتز وتيار صغير من 50 مآ عموما)، ومن ثم أخذ عينة من الجهد. بعد سلسلة من خطوات المعالجة مثل تصحيح وتصفية،يتم حساب قيمة المقاومة الداخلية للبطارية من خلال دائرة مكبر تشغيليةوقت قياس البطارية باستخدام طريقة قياس المقاومة الداخلية انخفاض الجهد المتردد هو قصير للغاية، وعموما حوالي 100 مللي ثانية.

طريقة القياس هذه لها أيضا دقة جيدة، مع خطأ دقة القياس عموما بين 1٪ و 2٪.

مزايا وعيوب هذه الطريقة:

(1) طريقة قياس المقاومة الداخلية لانخفاض التيار الترددي يمكن قياس جميع البطاريات تقريبًا ، بما في ذلك البطاريات ذات السعة الصغيرة.تستخدم هذه الطريقة بشكل عام لقياس المقاومة الداخلية لخلايا بطارية الكمبيوتر المحمول.

(2) قد تتأثر دقة القياس في طريقة قياس انخفاض الجهد المتردد بالتيار المتموج ، وهناك أيضًا إمكانية تداخل التيار الهارموني.هذا هو اختبار القدرة على مكافحة التداخل في دائرة جهاز القياس.

(3) هذه الطريقة لا تسبب ضرر كبير للبطارية نفسها.

(4) دقة القياس من طريقة قياس انخفاض التيار الترددي ليست جيدة مثل طريقة قياس المقاومة الداخلية لتفريغ التيار المباشر.