Onthulling van de geheimen van de interne weerstand van lithiumbatterijen: belangrijke factoren en optimalisatieoplossingen

De interne weerstand is de weerstand die wordt ondervonden door de stroom die door een lithiumbatterie stroomt tijdens de werking.het kan worden onderverdeeld in AC interne weerstand en DC interne weerstandDe interne weerstand van de batterij is een belangrijke parameter voor de beoordeling van de kwaliteit van lithium-ionbatterijen.waardoor de temperatuur van de batterij stijgt, wat leidt tot een afname van de ontladingsspanning en een verkorte ontladingstijd, waardoor de prestaties en levensduur van de batterij ernstig worden beïnvloed.De interne weerstand is ook een belangrijke parameter die in aanmerking moet worden genomen bij elektrochemische prestatietests van lithiumbatterijen.In dit artikel worden de factoren besproken die van invloed zijn op de interne weerstand van lithiumbatterijen, waarbij rekening wordt gehouden met de materialen en het productieproces van lithiumbatterijen.

In het algemeen wordt de interne weerstand van de batterij onderverdeeld in ohmweerstand en polarisatiweerstand.en contactweerstand van verschillende componentenDe polarisatieweerstand verwijst naar deweerstandveroorzaakt door polarisatie tijdens elektrochemische reacties, met inbegrip van elektrochemische polarisatieweerstand en concentratiepolarisatieweerstand.De ohmweerstand van de batterij wordt bepaald door de totale geleidbaarheid van de batterij, terwijl de polarisatieweerstand wordt bepaald door de diffusiekoefficiënt van lithiumionen in de vaste fase in het elektrodeactieve materiaal.

I. Ohmweerstand

Om de interne weerstand van lithiumbatterijen tot een minimum te beperken, wordt de elektrische weerstand van een batterij onderverdeeld in drie delen: de ionenimpedantie, de elektronische impedantie en de contactimpedantie.Er moeten specifieke maatregelen worden genomen om deze drie componenten van de ohmweerstand te verminderen..

1. Ionische impedantie

De ionische impedansie van een lithiumbatterie verwijst naar de weerstand die lithiumionen ondervinden tijdens hun overdracht in de batterij.de migratiesnelheid van lithiumionen en de elektronengeleidingssnelheid spelen even belangrijke rollenDe ionische impedantie wordt voornamelijk beïnvloed door de positieve en negatieve elektrode materialen, separator en elektrolyt.

1 Er moet voor worden gezorgd dat de positieve en negatieve elektrode-materialen en het elektrolyt goed nat kunnen worden.

Bij het ontwerpen van de elektrodeplaten dient een passende compactiedichtheid te worden gekozen.verhoging van de ionenimpedantieVoor de negatieve elektrode zal de ionimpedantie ook toenemen als de SEI-film die tijdens de eerste lading en ontlading op het oppervlak van het actieve materiaal is gevormd, te dik is.Dit vereist het aanpassen van het batterijvormingsproces om het probleem op te lossen.

 2 Invloed van elektrolyten

De elektrolyt moet een passende concentratie, viscositeit en geleidbaarheid hebben.Tegelijkertijd, moet de elektrolyt een lage concentratie hebben; een te hoge concentratie is ook schadelijk voor de doorstroming en het natmaken ervan.De geleidbaarheid van de elektrolyt is de belangrijkste factor die van invloed is op de ionenimpedantie, omdat het de ionenmigratie bepaalt.

3 Invloed van de scheider op de ionenimpedantie

De belangrijkste factoren die van invloed zijn op de ionenimpedantie in de separator zijn onder meer: elektrolietverdeling in de separator, separatorgebied, dikte, pore-omvang, porositeit en kromheid.voor keramische separatorenHet is ook noodzakelijk om te voorkomen dat keramische deeltjes de separatorporen blokkeren, waardoor de ionengang wordt belemmerd.Er mag geen overtollig elektrolyt in blijven., wat de efficiëntie van het elektrolytgebruik zou verminderen.

2. Elektronische impedantie

Elektronische impedantie wordt beïnvloed door vele factoren en verbeteringen kunnen worden aangebracht aan aspecten zoals materialen en productieprocessen.

1 Positieve en negatieve elektrodeplaten

De factoren die van invloed zijn op de elektronische impedantie van de positieve en negatieve elektrodeplaten zijn voornamelijk: het contact tussen het actieve materiaal en de stroomcollector,de eigenschappen van het werkzame bestanddeel zelfHet actieve materiaal moet volledig in contact zijn met het huidige collectieoppervlak.die kan worden bepaald aan de hand van de substraten van koper- en aluminiumfolie van de stroomcollector en de hechting van de positieve en negatieve elektrode-slurriesDe porositeit van het actieve materiaal zelf, bijproducten op het deeltjesoppervlak en ongelijke vermenging met het geleidende middel kunnen allemaal leiden tot veranderingen in de elektronische impedantie.Parameters van de elektrodeplaat, zoals een lage activiteitsdichtheid, resulteren in grote spleten tussen deeltjes, die ongunstig zijn voor de elektronengeleiding.

2 Separator

De factoren die van invloed zijn op de elektronische impedantie van de separator zijn voornamelijk: de dikte van de separator, de porositeit en bijproducten tijdens het opladen en ontladen.Na het ontmantelen van de batterijcel, is een dikke laag bruine stof vaak aanwezig op de separator, waaronder een grafiet negatieve elektrode en de reactie bijproducten.Dit kan leiden tot blokkade van de separator poren en verminderen de levensduur van de batterij.

3 Substraat van de huidige collectie

Het materiaal, de dikte, de breedte van de stroomcollector en het contact met de elektroden hebben allemaal invloed op de elektronische impedantie.De huidige verzamelaar moet worden gemaakt van een ongeoxideerde en niet-gepassiveerde substraatEen slechte las tussen de koperen/aluminiumfolie en de elektroden zal eveneens invloed hebben op de elektronische impedantie.

3Contactimpedantie

De contactweerstand wordt gevormd bij het contact tussen de koper/aluminiumfolie en het werkzame materiaal.en bijzondere aandacht moet worden besteed aan de hechting van de positieve en negatieve elektrode slurries.

II. Polarisatie Interne weerstand

Wanneer stroom door een elektrode stroomt, wordt het fenomeen van het elektrodepotentieel dat afwijkt van het evenwichtselektrodepotentieel elektrodepolarisatie genoemd.Polarisatie omvat ook ohmpolarisatie, elektrochemische polarisatie en concentratiepolarisatie, zoals in de onderstaande figuur wordt weergegeven.Polarisatieweerstand verwijst naar de interne weerstand veroorzaakt door polarisatie tijdens de elektrochemische reactie tussen de positieve en negatieve elektroden van de batterijHet kan de consistentie van de interne structuur van de batterij weerspiegelen, maar vanwege de invloed van de werking en methoden is het niet geschikt voor gebruik in de productie.Polarisatie interne weerstand is niet constant; het verandert voortdurend in de loop van de tijd tijdens het opladen en ontladen omdat de samenstelling van het werkzame materiaal, de concentratie van de elektrolyt en de temperatuur voortdurend veranderen.Ohm's interne weerstand gehoorzaamt Ohms wetDe interne weerstand van de polarisatie stijgt met de toenemende stroomdichtheid, maar niet lineair.

Over het algemeen is de gelijkstroominterne weerstand van een batterij gelijk aan de som van de polarisatieinterne weerstand en de ohminterne weerstand.De meting van de interne DC-weerstand is van groot belangEr zijn veel factoren die van invloed zijn op de interne polarisatieresistentie, zoals de ladings- en ontladingssnelheid, de omgevingstemperatuur, de SOC-toestand en de elektrolytconcentratie.

III. Methoden voor het meten van de interne weerstand van batterijen die momenteel in de industrie worden gebruikt

In industriële toepassingen wordt de nauwkeurige meting van de interne weerstand van batterijen uitgevoerd met behulp van gespecialiseerde apparatuur.de belangrijkste in de industrie gebruikte methoden voor het meten van de interne weerstand van batterijen zijn de volgende::

1. Meestermethode voor de interne weerstand van gelijkstroomontlading

Volgens de fysische formule R = U/I dwingt de testapparatuur gedurende een korte periode (meestal 2-3 seconden) een grote constante gelijkstroom (stroom in het algemeen 40A tot 80A) door de batterij.meet de spanning over de batterij op dit moment, en berekent de interne weerstand van de batterij met behulp van de formule.

Deze meetmethode heeft een hoge nauwkeurigheid; bij juiste controle kan de meetfout binnen 0,1 procent worden gereguleerd.

Deze methode heeft echter duidelijke nadelen:

(1)Het kan alleen batterijen of accu's met een grote capaciteit meten; batterijen met een kleine capaciteit kunnen geen grote stroom van 40A tot 80A weerstaan binnen 2-3 seconden;

(2)Wanneer een grote stroom door de batterij gaat, gaan de elektroden in de batterij gepolariseerd en genereren ze een interne weerstand.de meettijd moet zeer kort zijn- anders zal de gemeten waarde van de interne weerstand een grote fout hebben;

(3)Een grote stroom die door de batterij gaat, kan de elektroden in de batterij beschadigen.

2Metode voor het meten van de interne weerstand van de AC-spanningsdaling

Omdat een batterij in wezen gelijk is aan een actieve weerstand, passen we een vaste frequentie en vaste stroom toe aan de batterij (momenteel,een frequentie van 1 kHz en een kleine stroom van 50 mA worden over het algemeen gebruikt)Na een reeks bewerkingsstappen, zoals rectificatie en filtering, wordt de spanning van de spanning gecontroleerd.de waarde van de interne weerstand van de batterij wordt berekend via een werkend versterkercircuitDe metingstijd van de batterij met behulp van de methode voor de meting van de interne weerstand bij wisselspanningsval is extreem kort, meestal ongeveer 100 milliseconden.

Deze meetmethode heeft eveneens een goede nauwkeurigheid, met een fout in de nauwkeurigheid van de metingen in het algemeen tussen 1% en 2%.

Voordelen en nadelen van deze methode:

(1) De methode voor het meten van de interne weerstand bij wisselspanningsval kan bijna alle batterijen meten, ook batterijen met een kleine capaciteit.Deze methode wordt over het algemeen gebruikt voor het meten van de interne weerstand van laptop batterijcellen.

(2) De meetnauwkeurigheid van de meetmethode voor de AC-spanningsval kan worden beïnvloed door golvende stroom, en er is ook de mogelijkheid van harmonische stroominterferentie.Dit is een test van het vermogen van het meetinstrument om interferentie te voorkomen..

(3) Deze methode veroorzaakt geen aanzienlijke schade aan de batterij zelf.

(4) De meetnauwkeurigheid van de methode voor het meten van de AC-spanningsval is niet zo goed als die van de methode voor het meten van de interne weerstand bij gelijkstroomontlading.