Mengungkap Rahasia Resistensi Baterai Litium: Faktor Pengaruh Utama dan Solusi Optimasi

Resistensi internal adalah resistensi yang dihadapi oleh arus yang mengalir melalui baterai lithium selama operasi.dapat dibagi menjadi AC internal resistance dan DC internal resistance. Baterai resistensi internal adalah parameter penting untuk mengevaluasi kualitas baterai lithium-ion. resistensi internal yang tinggi menghasilkan sejumlah besar panas Joule,menyebabkan suhu baterai naik, menyebabkan penurunan tegangan debit dan waktu debit yang diperpendek, secara serius mempengaruhi kinerja baterai dan umur.Resistensi internal juga merupakan parameter penting yang harus dipertimbangkan dalam uji kinerja elektrokimia baterai lithiumArtikel ini akan berbagi faktor-faktor yang mempengaruhi resistensi internal baterai lithium, mempertimbangkan bahan dan proses manufaktur baterai lithium.

Secara umum, resistansi internal baterai dibagi menjadi resistansi ohmic dan resistansi polarisasi.dan ketahanan kontak dari berbagai komponen. resistensi polarisasi mengacu padaresistensidisebabkan oleh polarisasi selama reaksi elektrokimia, termasuk resistensi polarisasi elektrokimia dan resistensi polarisasi konsentrasi.Resistensi ohmic baterai ditentukan oleh total konduktivitas baterai, sedangkan resistensi polarisasi ditentukan oleh koefisien difusi fase padat ion lithium dalam bahan aktif elektroda.

I. Resistensi Ohmic

Resistensi ohmic terutama dibagi menjadi tiga bagian: impedansi ion, impedansi elektronik, dan impedansi kontak.langkah-langkah khusus harus diambil untuk mengurangi tiga komponen ini dari resistensi ohmic.

1. Impedansi ion

Impedansi ion baterai lithium mengacu pada resistensi yang dihadapi oleh ion lithium selama transfernya di dalam baterai.kecepatan migrasi ion lithium dan kecepatan konduksi elektron memainkan peran yang sama pentingnya. Impedansi ionik terutama dipengaruhi oleh bahan elektroda positif dan negatif, separator, dan elektrolit. Untuk mengurangi impedansi ionik, poin-poin berikut harus ditangani:

1 Memastikan kelembaban yang baik antara bahan elektroda positif dan negatif dan elektrolit.

Ketika merancang lembaran elektroda, kepadatan kompak yang tepat harus dipilih.meningkatkan impedansi ionUntuk lembaran elektroda negatif, jika film SEI yang terbentuk di permukaan bahan aktif selama muatan dan pelepasan pertama terlalu tebal, itu juga akan meningkatkan impedansi ion.Ini membutuhkan penyesuaian proses pembentukan baterai untuk memecahkan masalah.

 2 Pengaruh Elektrolit

Elektrolit harus memiliki konsentrasi, viskositas, dan konduktivitas yang tepat.Pada saat yang sama, elektrolit harus memiliki konsentrasi rendah; konsentrasi yang terlalu tinggi juga merugikan aliran dan pelembabannya.Konduktivitas elektrolit adalah faktor yang paling penting mempengaruhi impedansi ion, karena menentukan migrasi ion.

3 Pengaruh pemisah pada impedansi ion

Faktor utama yang mempengaruhi impedansi ion di separator meliputi: distribusi elektrolit dalam separator, area separator, ketebalan, ukuran pori, porositas, dan tortuositas.Untuk pemisah keramik, perlu juga untuk mencegah partikel keramik dari memblokir pori-pori separator, yang akan menghambat perjalanan ion.seharusnya tidak ada kelebihan elektrolit yang tersisa di dalamnya, yang akan mengurangi efisiensi pemanfaatan elektrolit.

2. Impedansi Elektronik

Impedansi elektronik dipengaruhi oleh banyak faktor, dan perbaikan dapat dilakukan dari aspek seperti bahan dan proses manufaktur.

1 Plat elektroda positif dan negatif

Faktor-faktor yang mempengaruhi impedansi elektronik dari plat elektroda positif dan negatif terutama meliputi: kontak antara bahan aktif dan kolektor arus,sifat dari bahan aktif itu sendiri, dan parameter lempeng elektroda. bahan aktif harus sepenuhnya bersentuhan dengan permukaan kolektor arus,yang dapat dipertimbangkan dari substrat tembaga dan aluminium foil dari kolektor arus dan adhesi slurries elektroda positif dan negatifPorositas bahan aktif itu sendiri, produk sampingan di permukaan partikel, dan pencampuran yang tidak merata dengan agen konduktif semuanya dapat menyebabkan perubahan impedansi elektronik.Parameter pelat elektroda, seperti kepadatan bahan aktif yang rendah, menghasilkan celah antar partikel yang besar, yang tidak menguntungkan untuk konduksi elektron.

2 Pemisah

Faktor-faktor yang mempengaruhi impedansi elektronik separator terutama meliputi: ketebalan separator, porositas, dan produk sampingan selama pengisian dan pengurangan.Setelah membongkar sel baterai, lapisan tebal zat cokelat sering ditemukan pada pemisah, yang mencakup elektroda negatif grafit dan produk sampingan reaksi.Hal ini dapat menyebabkan penyumbatan pori pemisah dan mengurangi umur baterai.

3 Substrat kolektor arus

Bahan, ketebalan, lebar kolektor arus, dan kontaknya dengan tab elektroda semua mempengaruhi impedansi elektronik.Kolektor saat ini harus terbuat dari substrat yang tidak teroksidasi dan tidak pasifPengelasan yang buruk antara foil tembaga/aluminium dan tab elektroda juga akan mempengaruhi impedansi elektronik.

3. Kontak Impedansi

Resistensi kontak terbentuk pada kontak antara foil tembaga/aluminium dan bahan aktif,dan adhesi slurries elektroda positif dan negatif perlu diberikan perhatian khusus.

II. Polarisasi Resistensi Internal

Ketika arus mengalir melalui elektroda, fenomena potensial elektroda menyimpang dari potensial elektroda keseimbangan disebut polarisasi elektroda.Polarisasi termasuk polarisasi ohmic, polarisasi elektrokimia, dan polarisasi konsentrasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.Resistensi polarisasi mengacu pada resistensi internal yang disebabkan oleh polarisasi selama reaksi elektrokimia antara elektroda positif dan negatif dari bateraiHal ini dapat mencerminkan konsistensi struktur internal baterai, tetapi karena pengaruh operasi dan metode, tidak cocok untuk digunakan dalam produksi.Polarisasi resistensi internal tidak konstan; terus berubah dari waktu ke waktu selama pengisian dan pengurangan karena komposisi bahan aktif, konsentrasi elektrolit, dan suhu terus berubah.Ohmic resistensi internal mematuhi hukum Ohm, dan resistensi internal polarisasi meningkat dengan meningkatnya kepadatan arus, tetapi tidak secara linier.

Secara umum, resistensi internal DC dari baterai sama dengan jumlah resistensi internal polarisasi dan resistensi internal ohmic.Pengukuran resistensi internal DC sangat pentingBanyak faktor mempengaruhi resistensi internal polarisasi, seperti tingkat muatan dan pelepasan, suhu sekitar, keadaan SOC, dan konsentrasi elektrolit.

III. Metode Pengukuran Resistensi Baterai Internal yang Saat Ini Digunakan di Industri

Dalam aplikasi industri, pengukuran resistensi internal baterai yang akurat dilakukan dengan menggunakan peralatan khusus.metode utama pengukuran resistensi internal baterai yang digunakan dalam industri adalah sebagai berikut::

1Metode Pengukuran Resistensi Internal DC Discharge

Menurut rumus fisika R = U/I, peralatan uji memaksa arus DC konstan besar (sekarang umumnya 40A sampai 80A) melalui baterai untuk jangka waktu singkat (umumnya 2-3 detik),mengukur tegangan di seluruh baterai pada saat ini, dan menghitung arus baterai resistensi internal menggunakan rumus.

Metode pengukuran ini memiliki akurasi tinggi; jika dikontrol dengan benar, kesalahan akurasi pengukuran dapat dikontrol dalam 0,1%.

Namun, metode ini memiliki kelemahan yang jelas:

(1)Hanya dapat mengukur baterai atau akumulator berkapasitas besar; baterai berkapasitas kecil tidak dapat menahan arus besar 40A hingga 80A dalam 2-3 detik;

(2)Ketika arus besar melewati baterai, elektroda di dalam baterai akan mengalami polarisasi, menghasilkan polarisasi resistensi internal.waktu pengukuran harus sangat singkatJika tidak, nilai resistensi internal yang diukur akan memiliki kesalahan besar;

(3)Arus besar yang melewati baterai dapat menyebabkan kerusakan pada elektroda di dalam baterai.

2. Metode Pengukuran Resistensi Internal Turun Tegangan AC

Karena baterai pada dasarnya setara dengan resistor aktif, kita menerapkan frekuensi tetap dan arus tetap ke baterai (saat ini,frekuensi 1 kHz dan arus kecil 50 mA umumnya digunakan)Setelah serangkaian langkah pemrosesan seperti rectifikasi dan penyaringan,nilai resistensi internal baterai dihitung melalui sirkuit amplifier operasiWaktu pengukuran baterai menggunakan metode pengukuran resistensi internal penurunan tegangan AC sangat singkat, umumnya sekitar 100 milidetik.

Metode pengukuran ini juga memiliki akurasi yang baik, dengan kesalahan akurasi pengukuran umumnya antara 1% dan 2%.

Keuntungan dan kerugian dari metode ini:

(1) Metode pengukuran resistensi internal penurunan tegangan AC dapat mengukur hampir semua baterai, termasuk baterai berkapasitas kecil.Metode ini umumnya digunakan untuk mengukur resistensi internal sel baterai laptop.

(2) Keakuratan pengukuran dari metode pengukuran penurunan tegangan AC dapat dipengaruhi oleh arus riak, dan ada juga kemungkinan gangguan arus harmonis.Ini adalah pengujian kemampuan anti interferensi dari sirkuit instrumen pengukuran.

(3) Metode ini tidak menyebabkan kerusakan yang signifikan pada baterai itu sendiri.

(4) Keakuratan pengukuran dari metode pengukuran penurunan tegangan AC tidak sebaik metode pengukuran resistensi internal debit DC.