Dévoiler les secrets de la résistance interne des batteries au lithium: facteurs clés influençant et solutions d'optimisation

La résistance interne est la résistance rencontrée par le courant qui traverse une batterie au lithium pendant son fonctionnement.il peut être divisé en résistance interne CA et résistance interne CCLa résistance interne de la batterie est un paramètre important pour évaluer la qualité des batteries lithium-ion.provoquant une augmentation de la température de la batterie, ce qui entraîne une diminution de la tension de décharge et une réduction du temps de décharge, ce qui affecte gravement les performances et la durée de vie de la batterie.La résistance interne est également un paramètre important à prendre en considération dans les essais de performance électrochimique des batteries au lithiumCet article partagera les facteurs qui affectent la résistance interne des batteries au lithium, en tenant compte des matériaux et des processus de fabrication des batteries au lithium.

En général, la résistance interne de la batterie est divisée en résistance ohmique et résistance de polarisation.et résistance au contact de divers composantsLa résistance à la polarisation se réfère à larésistancecausée par la polarisation lors de réactions électrochimiques, y compris la résistance à la polarisation électrochimique et la résistance à la polarisation de concentration.La résistance ohmique de la pile est déterminée par la conductivité totale de la pile, tandis que la résistance de polarisation est déterminée par le coefficient de diffusion en phase solide des ions lithium dans le matériau actif de l'électrode.

I. Résistance ohmique

La résistance ohmique est principalement divisée en trois parties: l'impédance ionique, l'impédance électronique et l'impédance de contact.des mesures spécifiques doivent être prises pour réduire ces trois composantes de la résistance ohmique.

1Impédance ionique

L'impédance ionique de la batterie au lithium fait référence à la résistance rencontrée par les ions lithium lors de leur transfert à l'intérieur de la batterie.la vitesse de migration des ions lithium et la vitesse de conduction des électrons jouent un rôle tout aussi importantL'impédance ionique est principalement affectée par les matériaux des électrodes positives et négatives, le séparateur et l'électrolyte.

1 Veiller à une bonne hydratation entre les matériaux des électrodes positives et négatives et l'électrolyte.

Lors de la conception des plaques d'électrodes, une densité de compacta­tion appropriée doit être choisie.augmentation de l'impédance ioniquePour la feuille d'électrode négative, si le film SEI formé sur la surface du matériau actif lors de la première charge et décharge est trop épais, il augmentera également l'impédance ionique.Cela nécessite d'ajuster le processus de formation de la batterie pour résoudre le problème.

 2 Influence des électrolytes

L'électrolyte doit avoir une concentration, une viscosité et une conductivité appropriées.En même temps, l'électrolyte doit avoir une faible concentration; une concentration trop élevée est également préjudiciable à son écoulement et à son humidification.La conductivité de l'électrolyte est le facteur le plus important affectant l'impédance ionique, car elle détermine la migration ionique.

3 Influence du séparateur sur l'impédance ionique

Les principaux facteurs qui affectent l'impédance ionique dans le séparateur comprennent: la distribution des électrolytes dans le séparateur, la surface du séparateur, l'épaisseur, la taille des pores, la porosité et la tortuosité.Pour les séparateurs en céramique, il est également nécessaire d'éviter que des particules céramiques bloquent les pores du séparateur, ce qui entraverait le passage des ions.Il ne devrait pas y avoir d'électrolyte en excès à l'intérieur., ce qui réduirait l'efficacité de l'utilisation des électrolytes.

2Impédance électronique

L'impédance électronique est influencée par de nombreux facteurs, et des améliorations peuvent être apportées à partir d'aspects tels que les matériaux et les processus de fabrication.

1 Plaques d'électrodes positives et négatives

Les facteurs qui influent sur l'impédance électronique des plaques d'électrodes positives et négatives comprennent principalement: le contact entre le matériau actif et le collecteur de courant,les propriétés de la substance active elle-mêmeLe matériau actif doit être en contact total avec la surface du collecteur de courant,qui peut être considéré à partir des substrats en cuivre et en feuille d'aluminium du collecteur de courant et de l'adhérence des boues d'électrodes positives et négativesLa porosité du matériau actif lui-même, les sous-produits sur la surface des particules et le mélange inégale avec l'agent conducteur peuvent tous provoquer des changements d'impédance électronique.Paramètres de la plaque d'électrode, comme une faible densité de matériau actif, entraînent de grands espaces interparticules, qui sont défavorables à la conduction des électrons.

2 Séparateur

Les facteurs qui affectent l'impédance électronique du séparateur comprennent principalement: l'épaisseur du séparateur, la porosité et les sous-produits pendant la charge et la décharge.Après démontage de la pile, une épaisse couche de substance brune se trouve souvent sur le séparateur, qui comprend une électrode négative de graphite et ses sous-produits de réaction.Cela peut provoquer un blocage des pores du séparateur et réduire la durée de vie de la batterie.

3 Substrate du collecteur de courant

Le matériau, l'épaisseur, la largeur du collecteur de courant et son contact avec les broches d'électrodes affectent toutes l'impédance électronique.Le collecteur de courant doit être fait d'un substrat non oxydé et non passivéUne mauvaise soudure entre la feuille de cuivre/aluminium et les broches d'électrodes affectera également l'impédance électronique.

3Impédance de contact

La résistance au contact est formée au contact entre la feuille de cuivre/aluminium et le matériau actif.et l'adhérence des boues d'électrodes positives et négatives doit être particulièrement prise en compte.

II. Polarisation Résistance interne

Lorsque le courant circule à travers une électrode, le phénomène du potentiel de l'électrode déviant du potentiel de l'électrode d'équilibre est appelé polarisation de l'électrode.La polarisation inclut la polarisation ohmique, la polarisation électrochimique et la polarisation de concentration, comme indiqué sur la figure ci-dessous.La résistance de polarisation fait référence à la résistance interne causée par la polarisation lors de la réaction électrochimique entre les électrodes positives et négatives de la batterieIl peut refléter la consistance de la structure interne de la batterie, mais en raison de l'influence du fonctionnement et des méthodes, il n'est pas adapté à une utilisation en production.Polarisation résistance interne n'est pas constante; il change continuellement au fil du temps pendant la charge et la décharge parce que la composition de la matière active, la concentration de l'électrolyte et la température changent constamment.La résistance interne ohmique obéit à la loi d'Ohm, et la résistance interne de polarisation augmente avec l'augmentation de la densité du courant, mais pas linéairement.

Généralement, la résistance interne en courant continu d'une batterie est égale à la somme de la résistance interne de polarisation et de la résistance interne ohmique.La mesure de la résistance interne en courant continu est d'une grande importanceDe nombreux facteurs affectent la résistance interne de polarisation, tels que le taux de charge et de décharge, la température ambiante, l'état de SOC et la concentration d'électrolyte.

III. Méthodes de mesure de la résistance interne de la batterie actuellement utilisées dans l'industrie

Dans les applications industrielles, la mesure précise de la résistance interne de la batterie est effectuée à l'aide d'équipements spécialisés.les principales méthodes de mesure de la résistance interne des batteries utilisées dans l'industrie sont les suivantes::

1. Méthode de mesure de la résistance interne de la décharge en courant continu

Conformément à la formule physique R = U/I, l'équipement d'essai fait traverser la batterie pendant une courte période (généralement 2 à 3 secondes) un courant continu constant important (courant généralement de 40 à 80 A),mesure la tension à travers la batterie à ce moment, et calcule la résistance interne actuelle de la batterie à l'aide de la formule.

Cette méthode de mesure a une grande précision; si elle est correctement contrôlée, l'erreur de précision de mesure peut être contrôlée à 0,1%.

Cependant, cette méthode présente des inconvénients évidents:

Les États membresIl ne peut mesurer que les batteries ou accumulateurs de grande capacité; les batteries de petite capacité ne peuvent pas supporter un courant élevé de 40 à 80 A en 2-3 secondes;

(2) LesQuand un courant important passe à travers la batterie, les électrodes à l'intérieur de la batterie subissent une polarisation, générant une résistance interne de polarisation.le temps de mesure doit être très courtDans le cas contraire, la valeur mesurée de la résistance interne présentera une erreur importante;

(3) Les produitsUn courant important passant à travers la batterie peut endommager les électrodes à l'intérieur de celle-ci.

2. Méthode de mesure de la résistance interne de la chute de tension CA

Comme une batterie est essentiellement équivalente à une résistance active, nous appliquons une fréquence fixe et un courant fixe à la batterie (actuellement,une fréquence de 1 kHz et un petit courant de 50 mA sont généralement utilisés)Après une série d'étapes de traitement telles que la rectification et le filtrage,la valeur de la résistance interne de la batterie est calculée à l'aide d'un circuit d'amplification opérationnelLe temps de mesure de la batterie en utilisant la méthode de mesure de la résistance interne à chute de tension CA est extrêmement court, généralement d'environ 100 millisecondes.

Cette méthode de mesure présente également une bonne précision, avec une erreur de précision de mesure généralement comprise entre 1% et 2%.

Avantages et inconvénients de cette méthode:

(1) La méthode de mesure de la résistance interne à la chute de tension CA peut mesurer presque toutes les batteries, y compris les batteries de petite capacité.Cette méthode est généralement utilisée pour mesurer la résistance interne des cellules de batterie des ordinateurs portables.

(2) La précision de mesure de la méthode de mesure de la chute de tension CA peut être affectée par le courant ondulatoire, et il existe également la possibilité d'interférences de courant harmonique.Ceci est un essai de la capacité anti-interférence du circuit de l'instrument de mesure..

(3) Cette méthode ne cause pas de dommages importants à la batterie elle-même.

(4) La précision de mesure de la méthode de mesure de la chute de tension CA n'est pas aussi bonne que celle de la méthode de mesure de la résistance interne de la décharge CC.