Αποκαλύπτοντας τα μυστικά της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας λιθίου: Κύριοι παράγοντες επιρροής και λύσεις βελτιστοποίησης

Η εσωτερική αντίσταση είναι η αντίσταση που αντιμετωπίζει το ρεύμα που ρέει μέσα από μια μπαταρία λιθίου κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.μπορεί να χωριστεί σε εσωτερική αντίσταση AC και εσωτερική αντίσταση DCΗ εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας είναι μια σημαντική παράμετρος για την αξιολόγηση της ποιότητας των μπαταριών ιόντων λιθίου.προκαλώντας την αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας, οδηγώντας σε μείωση της τάσης εκφόρτισης και συντομότερο χρόνο εκφόρτισης, επηρεάζοντας σοβαρά τις επιδόσεις και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.Η εσωτερική αντίσταση είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στις ηλεκτροχημικές δοκιμές επιδόσεων των μπαταριών λιθίουΑυτό το άρθρο θα μοιραστεί τους παράγοντες που επηρεάζουν την εσωτερική αντίσταση των μπαταριών λιθίου, λαμβάνοντας υπόψη τα υλικά και τις διαδικασίες κατασκευής των μπαταριών λιθίου.

Γενικά, η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας χωρίζεται σε αντίσταση Ωμ και αντίσταση πόλωσης.και αντίσταση επαφής διαφόρων εξαρτημάτωνΗ αντίσταση πόλωσης αναφέρεται στηναντίστασηπου προκαλείται από πόλωση κατά τη διάρκεια ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, συμπεριλαμβανομένης της αντίστασης ηλεκτροχημικής πόλωσης και της αντίστασης πόλωσης συγκέντρωσης.Η ωμική αντίσταση της μπαταρίας καθορίζεται από τη συνολική αγωγιμότητα της μπαταρίας, ενώ η αντίσταση πόλωσης καθορίζεται από τον συντελεστή διάχυσης στερεών φάσεων των ιόντων λιθίου στο ενεργό υλικό του ηλεκτροδίου.

Ι. Ωμική αντίσταση

Η όμμικη αντίσταση χωρίζεται κυρίως σε τρία μέρη: ιοντική αντίσταση, ηλεκτρονική αντίσταση και αντίσταση επαφής.Πρέπει να ληφθούν ειδικά μέτρα για τη μείωση αυτών των τριών συστατικών της αντίστασης Ωμ..

1Ιοντική αντίσταση

Η ιονική αντίσταση της μπαταρίας λιθίου αναφέρεται στην αντίσταση που αντιμετωπίζουν τα ιόντα λιθίου κατά τη μεταφορά τους μέσα στη μπαταρία.Η ταχύτητα μετανάστευσης των ιόντων λιθίου και η ταχύτητα αγωγίας ηλεκτρονίων παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλοΗ ιονική αντίσταση επηρεάζεται κυρίως από τα υλικά των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, τον διαχωριστή και τον ηλεκτρολύτη.

1 Να εξασφαλίζεται καλή υγρασία μεταξύ των υλικών των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολύτη.

Κατά το σχεδιασμό των φύλλων ηλεκτροδίων, πρέπει να επιλέγεται κατάλληλη πυκνότητα συμπίεσης.αύξηση της ιονικής αντίστασηςΓια το αρνητικό φύλλο ηλεκτροδίου, εάν το SEI φιλμ που σχηματίστηκε στην επιφάνεια του ενεργού υλικού κατά την πρώτη φόρτιση και εκφόρτιση είναι πολύ παχύ, θα αυξήσει επίσης την ιόντια αντίσταση.Αυτό απαιτεί την προσαρμογή της διαδικασίας σχηματισμού της μπαταρίας για την επίλυση του προβλήματος.

 2 Επιρροή των ηλεκτρολυτών

Ο ηλεκτρολύτης πρέπει να έχει κατάλληλη συγκέντρωση, ιξώδες και αγωγιμότητα.Την ίδια στιγμή, ο ηλεκτρολύτης πρέπει να έχει χαμηλή συγκέντρωση· μια πολύ υψηλή συγκέντρωση είναι επίσης επιζήμια για τη ροή και την υγρασία του.Η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη είναι ο σημαντικότερος παράγοντας που επηρεάζει την ιονική αντίσταση, καθώς καθορίζει τη μετανάστευση ιόντων.

3 Επίδραση του διαχωριστή στην ιονική αντίσταση

Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την ιονική αντίσταση στον διαχωριστή περιλαμβάνουν: κατανομή ηλεκτρολυτών εντός του διαχωριστή, περιοχή του διαχωριστή, πάχος, μέγεθος πόρων, πορώδεςτητα και στρογγυότητα.Για διαχωριστικά κεραμικών, είναι επίσης απαραίτητο να αποφευχθεί η παρεμπόδιση των πόρων του διαχωριστή από κεραμικά σωματίδια, τα οποία θα εμπόδιζαν τη διέλευση ιόντων.Δεν πρέπει να υπάρχει υπερβολικό ηλεκτρολύτη μέσα του., γεγονός που θα μείωνε την αποδοτικότητα της χρήσης ηλεκτρολυτών.

2Ηλεκτρονική αντίσταση

Η ηλεκτρονική αντίσταση επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες και μπορούν να γίνουν βελτιώσεις από πτυχές όπως υλικά και διαδικασίες κατασκευής.

1 Θετικές και αρνητικές πλάκες ηλεκτροδίων

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρονική παρεμπόδιση των θετικών και αρνητικών πλακών ηλεκτροδίων περιλαμβάνουν κυρίως: την επαφή μεταξύ του ενεργού υλικού και του συλλέκτη ρεύματος,τις ιδιότητες της ίδιας της δραστικής ουσίαςΤο ενεργό υλικό πρέπει να βρίσκεται σε πλήρη επαφή με την επιφάνεια του συλλέκτη ρεύματος,που μπορεί να θεωρηθεί από τα υποστρώματα χαλκού και αλουμινίου του συλλέκτη ρεύματος και την προσκόλληση των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίωνΗ πορώστεια του ίδιου του ενεργού υλικού, τα υποπροϊόντα στην επιφάνεια των σωματιδίων και η άνιση ανάμειξη με τον αγωγό παράγοντα μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στην ηλεκτρονική αντίσταση.Παράμετροι πλάκας ηλεκτροδίου, όπως η χαμηλή πυκνότητα ενεργού υλικού, οδηγούν σε μεγάλα κενά μεταξύ των σωματιδίων, τα οποία είναι δυσμενή για την αγωγιμότητα των ηλεκτρονίων.

2 Διαχωριστής

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρονική αντίσταση του διαχωριστή περιλαμβάνουν κυρίως: πάχος του διαχωριστή, πορώδεςτητα και υποπροϊόντα κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση.Μετά την αποσυναρμολόγηση της κυψέλης μπαταρίας, ένα παχύ στρώμα καφέ ουσίας βρίσκεται συχνά στον διαχωριστή, το οποίο περιλαμβάνει το αρνητικό ηλεκτρόδιο γραφίτη και τα υποπροϊόντα της αντίδρασης.Αυτό μπορεί να προκαλέσει απόφραξη των πόρων του διαχωριστή και να μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

3 Υποστρώμα συλλέκτη ρεύματος

Το υλικό, το πάχος, το πλάτος του συλλέκτη ρεύματος και η επαφή του με τις πινακίδες ηλεκτροδίων επηρεάζουν όλες την ηλεκτρονική αντίσταση.Ο συλλέκτης ρεύματος πρέπει να είναι κατασκευασμένος από ένα μη οξειδωμένο και μη παθητικό υπόστρωμαΗ κακή συγκόλληση μεταξύ του χαλκού/αλουμινίου και των πινάκων των ηλεκτροδίων θα επηρεάσει επίσης την ηλεκτρονική αντίσταση.

3- Αντίσταση επαφής.

Η αντίσταση επαφής σχηματίζεται στην επαφή μεταξύ του χαλκού/αλουμινίου και του δραστικού υλικού,και πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην προσκόλληση των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.

ΙΙ. Πολωτική εσωτερική αντίσταση

Όταν το ρεύμα ρέει μέσα από ένα ηλεκτρόδιο, το φαινόμενο της απόκλισης του δυναμικού ηλεκτροδίου από το δυναμικό ηλεκτροδίου ισορροπίας ονομάζεται πόλωση ηλεκτροδίου.Η πόλωση περιλαμβάνει την ωμική πόλωση, ηλεκτροχημική πόλωση και πόλωση συγκέντρωσης, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η αντίσταση πόλωσης αναφέρεται στην εσωτερική αντίσταση που προκαλείται από την πόλωση κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων της μπαταρίαςΜπορεί να αντικατοπτρίζει τη συνοχή της εσωτερικής δομής της μπαταρίας, αλλά λόγω της επιρροής της λειτουργίας και των μεθόδων, δεν είναι κατάλληλη για χρήση στην παραγωγή.Η εσωτερική αντίσταση πόλωσης δεν είναι σταθερή.· αλλάζει συνεχώς με την πάροδο του χρόνου κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης, επειδή η σύνθεση του δραστικού υλικού, η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη και η θερμοκρασία αλλάζουν συνεχώς.Η εσωτερική αντίσταση του Ωμ υπακούει στον νόμο του Ωμ.Η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται με την αύξηση της πυκνότητας του ρεύματος, αλλά όχι γραμμικά.

Γενικά, η εσωτερική αντίσταση συνεχούς ρεύματος μιας μπαταρίας ισούται με το άθροισμα της εσωτερικής αντίστασης πόλωσης και της εσωτερικής αντίστασης Ωμ.Η μέτρηση της εσωτερικής αντίστασης συνεχούς ρεύματος έχει μεγάλη σημασίαΠολλοί παράγοντες επηρεάζουν την εσωτερική αντίσταση πόλωσης, όπως ο ρυθμός φόρτισης και εκφόρτισης, η θερμοκρασία περιβάλλοντος, η κατάσταση SOC και η συγκέντρωση ηλεκτρολυτών.

ΙΙΙ. Μέθοδοι μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας που χρησιμοποιούνται σήμερα στη βιομηχανία

Στις βιομηχανικές εφαρμογές, η ακριβής μέτρηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας πραγματοποιείται με ειδικό εξοπλισμό.οι κύριες μέθοδοι μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία είναι οι ακόλουθες::

1Μέθοδος μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης εκφόρτισης συνεχούς ρεύματος

Σύμφωνα με τον φυσικό τύπο R = U/I, ο εξοπλισμός δοκιμής πιέζει ένα μεγάλο σταθερό ρεύμα συνεχούς ρεύματος (συνήθως 40 έως 80A) μέσω της μπαταρίας για σύντομο χρονικό διάστημα (συνήθως 2-3 δευτερόλεπτα),μετρά την τάση στην μπαταρία αυτή τη στιγμή, και υπολογίζει την τρέχουσα εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τον τύπο.

Η μέθοδος μέτρησης αυτή έχει υψηλή ακρίβεια· εάν ελέγχεται σωστά, το σφάλμα ακρίβειας μέτρησης μπορεί να ελεγχθεί εντός 0,1%.

Ωστόσο, η μέθοδος αυτή έχει προφανή μειονεκτήματα:

ΕπενδύσειςΜπορεί να μετρήσει μόνο μπαταρίες ή συσσωρευτές μεγάλης χωρητικότητας· οι μπαταρίες μικρής χωρητικότητας δεν μπορούν να αντέξουν μεγάλο ρεύμα 40A έως 80A εντός 2-3 δευτερολέπτων·

(2)Όταν ένα μεγάλο ρεύμα περνά μέσα από τη μπαταρία, τα ηλεκτρόδια μέσα στη μπαταρία θα υποστούν πόλωση, δημιουργώντας εσωτερική αντίσταση πόλωσης.ο χρόνος μέτρησης πρέπει να είναι πολύ σύντομος· διαφορετικά, η μετρούμενη τιμή εσωτερικής αντίστασης θα έχει μεγάλο σφάλμα·

(3)Ένα μεγάλο ρεύμα που περνά μέσα από τη μπαταρία μπορεί να προκαλέσει κάποια ζημιά στα ηλεκτρόδια μέσα στη μπαταρία.

2Μέθοδος μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της πτώσης τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος

Επειδή μια μπαταρία είναι ουσιαστικά ισοδύναμη με μια ενεργό αντίσταση, εφαρμόζουμε μια σταθερή συχνότητα και σταθερό ρεύμα στη μπαταρία (προς το παρόν,Συνήθως χρησιμοποιείται συχνότητα 1 kHz και μικρό ρεύμα 50 mA)Μετά από μια σειρά βημάτων επεξεργασίας, όπως η διόρθωση και το φιλτράρισμα,η τιμή εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας υπολογίζεται μέσω λειτουργικού κυκλώματος ενισχυτήΟ χρόνος μέτρησης της μπαταρίας με τη μέθοδο μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της πτώσης τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος είναι εξαιρετικά σύντομος, συνήθως περίπου 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Η μέθοδος αυτή έχει επίσης καλή ακρίβεια, με σφάλμα ακρίβειας μέτρησης γενικά μεταξύ 1% και 2%.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου:

(1) Η μέθοδος μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της πτώσης τάσης εναλλασσόμενης τάσης μπορεί να μετρήσει σχεδόν όλες τις μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών μικρής χωρητικότητας.Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται γενικά για τη μέτρηση της εσωτερικής αντίστασης των κυψελών μπαταρίας φορητών υπολογιστών.

(2) Η ακρίβεια της μέτρησης της μεθόδου μέτρησης της πτώσης τάσης εναλλασσόμενης τάσης μπορεί να επηρεαστεί από ρεύμα κυματισμού και υπάρχει επίσης η δυνατότητα εναρμονικής παρεμβολής ρεύματος.Αυτή είναι μια δοκιμή της ικανότητας αντι-διαταραχής του κυκλώματος του οργάνου μέτρησης.

(3) Η μέθοδος αυτή δεν προκαλεί σημαντική βλάβη στην ίδια την μπαταρία.

(4) Η ακρίβεια της μέτρησης με τη μέθοδο μέτρησης της πτώσης τάσης εναλλασσόμενης τάσης δεν είναι τόσο καλή όσο με τη μέθοδο μέτρησης της εσωτερικής αντίστασης της εκφόρτωσης συνεχούς ρεύματος.