Die Geheimnisse des internen Widerstands von Lithiumbatterien aufdecken: Schlüsselfaktoren und Optimierungslösungen

Der innere Widerstand ist der Widerstand, den der Strom, der während des Betriebs durch eine Lithiumbatterie fließt, erleidet.es kann in AC-inneren Widerstand und DC-inneren Widerstand unterteilt werdenDer interne Widerstand der Batterie ist ein wichtiger Parameter für die Bewertung der Qualität von Lithium-Ionen-Batterien.Die Batterie wird mit einer erhöhten Temperatur versorgt., was zu einer Verringerung der Entladungsspannung und einer verkürzten Entladungszeit führt, was die Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich beeinträchtigt.Der innere Widerstand ist auch ein wichtiger Parameter, der bei elektrochemischen Leistungsprüfungen von Lithiumbatterien zu berücksichtigen istIn diesem Artikel werden die Faktoren behandelt, die den inneren Widerstand von Lithiumbatterien beeinflussen, wobei die Materialien und Herstellungsprozesse von Lithiumbatterien berücksichtigt werden.

Im Allgemeinen wird der interne Widerstand der Batterie in ohmischen Widerstand und Polarisierungswiderstand unterteilt.und Kontaktwiderstand verschiedener Bauteile. Polarisierungswiderstand bezieht sich auf dieWiderstanddurch Polarisierung während elektrochemischer Reaktionen verursacht, einschließlich elektrochemischer Polarisierungswiderstand und Konzentrationspolarisierungswiderstand.Der Ohmwiderstand der Batterie wird durch die Gesamtleitfähigkeit der Batterie bestimmt, während der Polarisierungswiderstand durch den Diffusionskoeffizienten der Lithium-Ionen in der festen Phase im aktiven Elektrodenmaterial bestimmt wird.

I. Ohmwiderstand

Um den inneren Widerstand von Lithium-Batterien zu minimieren, wird die elektrische Impedanz in die elektrische Impedanz eingeteilt, die elektrische Impedanz in die ionische Impedanz und die elektrische Impedanz in die elektrische Impedanz.Es müssen spezifische Maßnahmen ergriffen werden, um diese drei Bestandteile des ohmischen Widerstands zu reduzieren..

1. Ionenimpedanz

Die ionische Impedanz der Lithiumbatterien bezieht sich auf den Widerstand, den die Lithium-Ionen während ihrer Übertragung innerhalb der Batterie erleiden.Die Migrationsgeschwindigkeit von Lithium-Ionen und die Elektronenleitgeschwindigkeit spielen eine ebenso wichtige RolleDie Ionimpedanz wird hauptsächlich durch die Positiv- und Negativelektrodenmaterialien, den Trennstoff und den Elektrolyt beeinflusst.

1 Eine gute Befeuchtbarkeit zwischen den positiven und negativen Elektrodenmaterialien und dem Elektrolyt ist sicherzustellen.

Bei der Konstruktion der Elektrodenplatten ist eine geeignete Verdichtungsdichte zu wählen.Erhöhung der IonenimpedanzFür das Negativelektrodenblatt wird die ionische Impedanz ebenfalls erhöht, wenn der auf der Oberfläche des aktiven Materials während der ersten Ladung und Entladung gebildete SEI-Film zu dick ist.Dies erfordert eine Anpassung des Batteriebildungsprozesses, um das Problem zu lösen.

 2 Einfluss von Elektrolyten

Der Elektrolyt sollte eine angemessene Konzentration, Viskosität und Leitfähigkeit aufweisen.Gleichzeitig, muss der Elektrolyt eine geringe Konzentration aufweisen; eine zu hohe Konzentration schadet auch seinem Durchfluss und seiner Befeuchtung.Die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist der wichtigste Faktor, der die Ionenimpedanz beeinflusst, da sie die Ionenwanderung bestimmt.

3 Einfluss des Separators auf die Ionenimpedanz

Zu den wichtigsten Faktoren, die die Ionenimpedanz im Separator beeinflussen, gehören: Elektrolytverteilung innerhalb des Separators, Separatorbereich, Dicke, Porengröße, Porosität und Tortuosität.mit einer Breite von nicht mehr als 15 mm, ist es außerdem notwendig, zu verhindern, daß Keramikpartikel die Separatorporen blockieren, was den Durchgang von Ionen behindert.Es sollte kein überschüssiges Elektrolyt in ihm bleiben., was die Effizienz der Elektrolytverwertung verringern würde.

2. Elektronische Impedanz

Die elektronische Impedanz wird durch viele Faktoren beeinflusst, und Verbesserungen können aus Aspekten wie Materialien und Herstellungsprozessen erzielt werden.

1 Positive und negative Elektrodenplatten

Zu den Faktoren, die die elektronische Impedanz der Positiv- und Negativelektrodenplatten beeinflussen, gehören hauptsächlich: der Kontakt zwischen dem Wirkstoff und dem Stromkollektor,die Eigenschaften des Wirkstoffs selbstDas Wirkstoffmaterial muss vollständig mit der Stromkollektoroberfläche in Berührung kommen.die aus den Kupfer- und Aluminiumfolie-Substraten des Stromkollektors und der Haftung der Positiv- und Negativelektroden-Schlamm betrachtet werden kannDie Porosität des Wirkstoffs selbst, Nebenprodukte auf der Partikeloberfläche und eine ungleichmäßige Vermischung mit dem leitenden Stoff können zu Veränderungen der elektronischen Impedanz führen.Elektrodenplattenparameter, wie z. B. die geringe Dichte des aktiven Materials, führen zu großen Spaltungen zwischen den Teilchen, die für die Elektronenleitung ungünstig sind.

2 Trennmittel

Zu den Faktoren, die die elektronische Impedanz des Separators beeinflussen, gehören hauptsächlich: Separatordicke, Porosität und Nebenprodukte während des Lade- und Entladens.Nach dem Abbau der BatteriezelleAuf dem Separator befindet sich häufig eine dicke Schicht von braunen Substanzen, zu der die Graphitnegativelektrode und ihre Reaktionsnebenprodukte gehören.Dies kann zur Verstopfung der Separatorporen führen und die Lebensdauer der Batterie verringern.

3 Stromkollektor-Substrat

Das Material, die Dicke, die Breite des Stromkollektors und sein Kontakt mit den Elektrodenkarten beeinflussen die elektronische Impedanz.Der Stromkollektor muss aus einem nicht oxidierten und nicht passivierten Substrat bestehenEin schlechtes Schweißen zwischen der Kupfer-/Aluminiumfolie und den Elektrodentabs wirkt sich ebenfalls auf die elektronische Impedanz aus.

3Kontaktimpedanz

Der Kontaktwiderstand entsteht beim Kontakt zwischen der Kupfer-/Aluminiumfolie und dem Wirkstoff.und die Haftung der Positiv- und Negativelektroden-Schlamm muss besonders beachtet werden..

II. Polarisationswiderstand

Wenn Strom durch eine Elektrode fließt, wird das Phänomen des Elektrodenpotentials, das vom Gleichgewichtselektrodenpotenzial abweicht, Elektrodenpolarisierung genannt.Die Polarisierung umfasst auch die ohmische Polarisierung., elektrochemische Polarisierung und Konzentrationspolarisierung, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.Polarisierungswiderstand bezieht sich auf den internen Widerstand, der durch die Polarisierung während der elektrochemischen Reaktion zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie verursacht wirdEs kann die Konsistenz der inneren Struktur der Batterie widerspiegeln, ist aber aufgrund des Einflusses von Betrieb und Methoden nicht für die Produktion geeignet.Polarisationswiderstand ist nicht konstant■ während des Lade- und Entladens ständig verändert, da sich die Zusammensetzung des Wirkstoffs, die Konzentration des Elektrolyten und die Temperatur ständig ändern.Ohms innerer Widerstand befolgt Ohms Gesetz, und der Polarisierungswiderstand steigt mit zunehmender Stromdichte, aber nicht linear.

Im Allgemeinen entspricht der DC-innere Widerstand einer Batterie der Summe des Polarisierungsinneren Widerstands und des ohmischen Inneren Widerstands.Die Messung des DC-inneren Widerstands ist von großer Bedeutung. Viele Faktoren beeinflussen den internen Polarisierungswiderstand, wie die Ladungs- und Entladungsrate, die Umgebungstemperatur, den SOC-Zustand und die Elektrolytkonzentration.

III. Zurzeit in der Industrie verwendete Methoden zur Messung des inneren Widerstands der Batterie

In industriellen Anwendungen wird die genaue Messung des internen Widerstands der Batterie mit Hilfe spezialisierter Geräte durchgeführt.Die wichtigsten in der Industrie verwendeten Methoden zur Messung des internen Widerstands der Batterie sind folgende::

1. Verfahren zur Messung des internen Widerstands der Gleichstromentladung

Nach der physikalischen Formel R = U/I zwingt die Prüfvorrichtung einen großen konstanten Gleichstrom (Strom in der Regel 40 bis 80 A) für kurze Zeit (in der Regel 2-3 Sekunden) durch die Batterie.Messung der Spannung über die Batterie zu diesem Zeitpunkt, und berechnet den aktuellen Batterieinneren Widerstand nach der Formel.

Diese Messmethode hat eine hohe Genauigkeit; bei ordnungsgemäßer Kontrolle kann der Messfehler innerhalb von 0,1 Prozent kontrolliert werden.

Diese Methode hat jedoch offensichtliche Nachteile:

(1)Es kann nur Batterien oder Akkumulatoren mit großer Kapazität messen; Batterien mit kleiner Kapazität können einem großen Strom von 40 bis 80 A innerhalb von 2-3 Sekunden nicht standhalten.

(2)Wenn ein großer Strom durch die Batterie fließt, werden die Elektroden innerhalb der Batterie polarisiert und erzeugen einen internen Polarisierungswiderstand.Die Messzeit muss sehr kurz sein.- ansonsten wird der gemessene Wert des inneren Widerstands einen großen Fehler aufweisen;

(3)Ein starker Strom, der durch die Batterie fließt, kann die Elektroden im Inneren der Batterie beschädigen.

2. Verfahren zur Messung des internen Widerstands bei Wechselspannungsabfall

Da eine Batterie im Wesentlichen einem aktiven Widerstand entspricht, wenden wir eine feste Frequenz und einen festen Strom auf die Batterie an (derzeitEine Frequenz von 1 kHz und ein kleiner Strom von 50 mA werden im Allgemeinen verwendet)Nach einer Reihe von Bearbeitungsschritten wie Berichtigung und Filterungder Wert des inneren Widerstands der Batterie wird durch einen Betriebsverstärkerkreis berechnetDie Batteriemesszeit mit der Wechselspannungsabfall-Methode für die Messung des internen Widerstands ist extrem kurz, in der Regel etwa 100 Millisekunden.

Diese Messmethode weist ebenfalls eine gute Genauigkeit auf, wobei der Messfehler im Allgemeinen zwischen 1% und 2% liegt.

Vor- und Nachteile dieser Methode:

(1) Das Verfahren zur Messung des internen Widerstands bei Wechselspannungsabfall kann fast alle Batterien messen, auch Batterien mit geringer Kapazität.Diese Methode wird allgemein zur Messung des inneren Widerstands von Laptop-Batteriezellen verwendet.

(2) Die Messgenauigkeit der Wechselspannungsabfallmessmethode kann durch den Wellenstrom beeinflusst werden, und es besteht auch die Möglichkeit harmonischer Stromstörungen.Dies ist eine Prüfung der Störungssicherheit des Messgeräteskreises..

(3) Diese Methode verursacht keine erheblichen Schäden an der Batterie selbst.

(4) Die Messgenauigkeit der Wechselspannungsabfallmessmethode ist nicht so gut wie die Messmethode für den internen Widerstand bei Gleichstromentladungen.