लिथियम बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध के रहस्यों का खुलासाः प्रमुख प्रभावकारी कारक और अनुकूलन समाधान

आंतरिक प्रतिरोध एक लिथियम बैटरी के माध्यम से प्रवाह कर रहे वर्तमान के दौरान सामना किया प्रतिरोध है। परीक्षण विधि के आधार पर,यह AC आंतरिक प्रतिरोध और DC आंतरिक प्रतिरोध में विभाजित किया जा सकता हैबैटरी का आंतरिक प्रतिरोध लिथियम आयन बैटरी की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। उच्च आंतरिक प्रतिरोध बड़ी मात्रा में जूल गर्मी उत्पन्न करता है,बैटरी का तापमान बढ़ने का कारण, जिससे डिस्चार्ज वोल्टेज में कमी आती है और डिस्चार्ज का समय छोटा हो जाता है, जिससे बैटरी के प्रदर्शन और जीवनकाल पर गंभीर प्रभाव पड़ता है।आंतरिक प्रतिरोध भी लिथियम बैटरी के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन परीक्षणों में विचार करने के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर हैइस लेख में लिथियम बैटरी के सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाओं पर विचार करते हुए लिथियम बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले कारकों को साझा किया जाएगा।

आम तौर पर बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को ओम प्रतिरोध और ध्रुवीकरण प्रतिरोध में विभाजित किया जाता है। ओम प्रतिरोध में इलेक्ट्रोड सामग्री, इलेक्ट्रोलाइट, विभाजक,और विभिन्न घटकों के संपर्क प्रतिरोधध्रुवीकरण प्रतिरोध का अर्थ हैप्रतिरोधविद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान ध्रुवीकरण के कारण, विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण प्रतिरोध और एकाग्रता ध्रुवीकरण प्रतिरोध सहित।बैटरी का ओम प्रतिरोध बैटरी की कुल चालकता से निर्धारित होता है, जबकि ध्रुवीकरण प्रतिरोध इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री में लिथियम आयनों के ठोस चरण प्रसार गुणांक से निर्धारित किया जाता है।

I. ओमिक प्रतिरोध

ओम प्रतिरोध को मुख्य रूप से तीन भागों में विभाजित किया गया हैः आयनिक प्रतिबाधा, इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा और संपर्क प्रतिबाधा। लिथियम बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को कम करने के लिए,ओमिक प्रतिरोध के इन तीन घटकों को कम करने के लिए विशिष्ट उपाय करने की आवश्यकता है.

1आयनिक प्रतिबाधा

लिथियम बैटरी आयनिक प्रतिबाधा, लिथियम आयनों को बैटरी के भीतर स्थानांतरण के दौरान सामना करने वाले प्रतिरोध को संदर्भित करती है।लिथियम आयनों की पलायन गति और इलेक्ट्रॉन प्रवाह गति समान रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैंआयनिक प्रतिबाधा मुख्य रूप से सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, विभाजक और इलेक्ट्रोलाइट से प्रभावित होती है। आयनिक प्रतिबाधा को कम करने के लिए निम्नलिखित बिंदुओं को संबोधित किया जाना चाहिएः

सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के बीच अच्छी गीलापन सुनिश्चित करें।

इलेक्ट्रोड शीटों को डिजाइन करते समय, एक उपयुक्त संपीड़न घनत्व का चयन किया जाना चाहिए। यदि संपीड़न घनत्व बहुत अधिक है, तो इलेक्ट्रोलाइट आसानी से प्रवेश नहीं करेगा,आयनिक प्रतिबाधा को बढ़ानानकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट के लिए, यदि पहले चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान सक्रिय सामग्री की सतह पर बनी एसईआई फिल्म बहुत मोटी है, तो यह आयनिक प्रतिबाधा को भी बढ़ाएगा।इस समस्या को हल करने के लिए बैटरी गठन की प्रक्रिया को समायोजित करने की आवश्यकता है.

 2 इलेक्ट्रोलाइट का प्रभाव

इलेक्ट्रोलाइट में उचित एकाग्रता, चिपचिपाहट और चालकता होनी चाहिए। अत्यधिक इलेक्ट्रोलाइट चिपचिपाहट सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्रियों के गीले होने में बाधा डालती है।उसी समय, इलेक्ट्रोलाइट को कम एकाग्रता की आवश्यकता होती है; बहुत अधिक एकाग्रता भी इसके प्रवाह और गीला होने के लिए हानिकारक है।इलेक्ट्रोलाइट की चालकता आयनिक प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह आयन प्रवास को निर्धारित करता है।

3 आयनिक प्रतिबाधा पर विभाजक का प्रभाव

विभाजक में आयनिक प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में शामिल हैंः विभाजक के भीतर इलेक्ट्रोलाइट वितरण, विभाजक क्षेत्र, मोटाई, छिद्र का आकार, छिद्रता और घुमावदारता।सिरेमिक विभाजक के लिए, यह भी आवश्यक है कि सिरेमिक कणों से अलग करने वाले छिद्रों को अवरुद्ध करने से रोका जाए, जो आयनों के पारित होने में बाधा डालेगा।इसमें कोई अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट नहीं होना चाहिए, जिससे इलेक्ट्रोलाइट उपयोग की दक्षता में कमी आएगी।

2इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा

इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा कई कारकों से प्रभावित होती है, और सामग्री और विनिर्माण प्रक्रियाओं जैसे पहलुओं से सुधार किए जा सकते हैं।

1 सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेट

सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेटों के इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारकों में मुख्य रूप से शामिल हैंः सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टर के बीच संपर्क,सक्रिय पदार्थ के स्वयं के गुण, और इलेक्ट्रोड प्लेट के मापदंडों. सक्रिय सामग्री वर्तमान कलेक्टर सतह के साथ पूर्ण संपर्क में होना चाहिए,जो वर्तमान कलेक्टर के तांबे और एल्यूमीनियम पन्नी सब्सट्रेट और सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी के आसंजन से माना जा सकता हैसक्रिय पदार्थ की छिद्रता, कणों की सतह पर उप-उत्पाद और प्रवाहकीय एजेंट के साथ असमान मिश्रण सभी इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा में परिवर्तन का कारण बन सकते हैं।इलेक्ट्रोड प्लेट पैरामीटर, जैसे कि कम सक्रिय पदार्थ घनत्व, के परिणामस्वरूप बड़े कणों के बीच अंतराल होते हैं, जो इलेक्ट्रॉन प्रवाह के लिए प्रतिकूल होते हैं।

2 विभाजक

अलगावकर्ता के इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारकों में मुख्य रूप से शामिल हैंः अलगावकर्ता मोटाई, छिद्र, और चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान उप-उत्पाद। पहले दो को समझना आसान है।बैटरी सेल को अलग करने के बाद, एक मोटी परत भूरे रंग की पदार्थ अक्सर विभाजक पर पाया जाता है, जिसमें ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड और इसके प्रतिक्रिया उप-उत्पाद शामिल हैं।इससे विभाजक छिद्रों में रुकावट आ सकती है और बैटरी का जीवनकाल कम हो सकता है.

3 वर्तमान कलेक्टर सब्सट्रेट

विद्युत संचालक की सामग्री, मोटाई, चौड़ाई और विद्युत टैब के संपर्क से इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा प्रभावित होती है।वर्तमान कलेक्टर एक unoxidized और unpassivated सब्सट्रेट से बनाया जाना चाहिएअन्यथा, यह प्रतिबाधा को प्रभावित करेगा। तांबे/एल्यूमीनियम पन्नी और इलेक्ट्रोड टैब के बीच खराब वेल्डिंग भी इलेक्ट्रॉनिक प्रतिबाधा को प्रभावित करेगी।

3संपर्क प्रतिबाधा

संपर्क प्रतिरोध तांबे/एल्यूमीनियम पन्नी और सक्रिय सामग्री के बीच संपर्क में बनता है,और सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड स्लरी का आसंजन विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए.

II. ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध

जब विद्युत के माध्यम से धारा बहती है, तो विद्युत क्षमता के संतुलन विद्युत क्षमता से विचलन की घटना को विद्युत ध्रुवीकरण कहा जाता है।ध्रुवीकरण में ओम ध्रुवीकरण शामिल है, इलेक्ट्रोकेमिकल ध्रुवीकरण, और एकाग्रता ध्रुवीकरण, जैसा कि नीचे चित्र में दिखाया गया है।ध्रुवीकरण प्रतिरोध बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान ध्रुवीकरण के कारण आंतरिक प्रतिरोध को संदर्भित करता हैयह बैटरी की आंतरिक संरचना की स्थिरता को प्रतिबिंबित कर सकता है, लेकिन संचालन और तरीकों के प्रभाव के कारण, यह उत्पादन में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है।ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध स्थिर नहीं हैचार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान यह समय के साथ लगातार बदलता रहता है क्योंकि सक्रिय पदार्थ की संरचना, इलेक्ट्रोलाइट की एकाग्रता और तापमान लगातार बदलते रहते हैं।ओम का आंतरिक प्रतिरोध ओम के नियम का पालन करता है, और ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध वर्तमान घनत्व की वृद्धि के साथ बढ़ता है, लेकिन रैखिक रूप से नहीं। यह आमतौर पर वर्तमान घनत्व के लघुगणक के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है।

आम तौर पर, बैटरी का डीसी आंतरिक प्रतिरोध ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध और ओमिक आंतरिक प्रतिरोध के योग के बराबर होता है।डीसी आंतरिक प्रतिरोध का मापन बहुत महत्वपूर्ण हैकई कारक ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध को प्रभावित करते हैं, जैसे कि चार्ज और डिस्चार्ज दर, परिवेश का तापमान, SOC स्थिति और इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता।

उद्योग में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले बैटरी आंतरिक प्रतिरोध माप पद्धतियाँ

औद्योगिक अनुप्रयोगों में बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध का सटीक माप विशेष उपकरण का उपयोग करके किया जाता है। वर्तमान में,उद्योग में उपयोग किए जाने वाले मुख्य बैटरी आंतरिक प्रतिरोध माप पद्धतियाँ निम्नलिखित हैं:

1डीसी डिस्चार्ज आंतरिक प्रतिरोध माप विधि

भौतिक सूत्र R = U/I के अनुसार, परीक्षण उपकरण बैटरी के माध्यम से एक छोटी अवधि (आमतौर पर 2-3 सेकंड) के लिए एक बड़ी निरंतर DC धारा (वर्तमान आम तौर पर 40A से 80A) को मजबूर करता है,इस समय बैटरी भर में वोल्टेज मापता है, और सूत्र का उपयोग कर वर्तमान बैटरी आंतरिक प्रतिरोध की गणना करता है।

इस माप पद्धति में उच्च सटीकता है; यदि ठीक से नियंत्रित किया जाता है तो माप सटीकता त्रुटि 0.1% के भीतर नियंत्रित की जा सकती है।

हालाँकि, इस पद्धति के स्पष्ट नुकसान हैंः

(1)यह केवल बड़ी क्षमता की बैटरी या संचयकों को माप सकता है; छोटी क्षमता की बैटरी 2-3 सेकंड के भीतर 40A से 80A की एक बड़ी धारा का सामना नहीं कर सकती है;

(2)जब बैटरी के माध्यम से एक बड़ी धारा गुजरती है, बैटरी के अंदर के इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण से गुजरते हैं, ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध उत्पन्न करते हैं। इसलिए,माप का समय बहुत कम होना चाहिएअन्यथा मापा गया आंतरिक प्रतिरोध मूल्य में बड़ी त्रुटि होगी;

(3)बैटरी के माध्यम से गुजरने वाली एक बड़ी धारा बैटरी के अंदर के इलेक्ट्रोडों को कुछ नुकसान पहुंचा सकती है।

2. एसी वोल्टेज ड्रॉप आंतरिक प्रतिरोध माप विधि

चूंकि एक बैटरी अनिवार्य रूप से एक सक्रिय प्रतिरोध के बराबर है, हम बैटरी के लिए एक निश्चित आवृत्ति और स्थिर धारा लागू (वर्तमान में,1 kHz की आवृत्ति और 50 mA की छोटी धारा का प्रयोग किया जाता है), और फिर इसके वोल्टेज का नमूना लें। जैसे कि सुधार और फ़िल्टरिंग जैसे प्रसंस्करण चरणों की एक श्रृंखला के बाद,बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध मूल्य की गणना एक परिचालन एम्पलीफायर सर्किट के माध्यम से की जाती हैएसी वोल्टेज ड्रॉप आंतरिक प्रतिरोध माप पद्धति का उपयोग करके बैटरी मापने का समय बेहद कम है, आम तौर पर लगभग 100 मिलीसेकंड।

इस माप पद्धति की सटीकता भी अच्छी है, माप की सटीकता की त्रुटि आम तौर पर 1% से 2% के बीच होती है।

इस पद्धति के फायदे और नुकसान:

(1) AC वोल्टेज ड्रॉप आंतरिक प्रतिरोध माप विधि लगभग सभी बैटरी, छोटी क्षमता वाली बैटरी सहित माप सकती है।यह विधि आम तौर पर लैपटॉप बैटरी कोशिकाओं के आंतरिक प्रतिरोध को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है.

(2) AC वोल्टेज ड्रॉप माप पद्धति की माप सटीकता लहर धारा से प्रभावित हो सकती है, और सामंजस्यपूर्ण धारा हस्तक्षेप की भी संभावना है।यह माप यंत्र के सर्किट की हस्तक्षेप विरोधी क्षमता का परीक्षण है.

(3) इस विधि से बैटरी को कोई महत्वपूर्ण क्षति नहीं होती है।

(4) एसी वोल्टेज ड्रॉप माप पद्धति की माप सटीकता डीसी डिस्चार्ज आंतरिक प्रतिरोध माप पद्धति के समान अच्छी नहीं है।