Scoprire i segreti della resistenza interna delle batterie al litio: fattori chiave e soluzioni di ottimizzazione

La resistenza interna è la resistenza incontrata dalla corrente che scorre attraverso una batteria al litio durante il funzionamento.può essere suddiviso in resistenza interna AC e resistenza interna DCLa resistenza interna della batteria è un parametro importante per valutare la qualità delle batterie agli ioni di litio.causando un aumento della temperatura della batteria, con conseguente diminuzione della tensione di scarica e una riduzione del tempo di scarica, con gravi conseguenze sulle prestazioni e sulla durata della batteria.La resistenza interna è anche un parametro importante da considerare nelle prove di prestazioni elettrochimiche delle batterie al litioIn questo articolo verranno discussi i fattori che influenzano la resistenza interna delle batterie al litio, considerando i materiali e i processi di fabbricazione delle batterie al litio.

Generalmente, la resistenza interna della batteria è suddivisa in resistenza ohmica e resistenza di polarizzazione.e resistenza al contatto di vari componenti. La resistenza alla polarizzazione si riferisce allaresistenzacausato dalla polarizzazione durante le reazioni elettrochimiche, compresa la resistenza alla polarizzazione elettrochimica e la resistenza alla polarizzazione della concentrazione.La resistenza ohmica della batteria è determinata dalla conduttività totale della batteria, mentre la resistenza alla polarizzazione è determinata dal coefficiente di diffusione in fase solida degli ioni di litio nel materiale attivo dell'elettrodo.

I. Resistenza ohmica

La resistenza ohmica è principalmente suddivisa in tre parti: impedenza ionica, impedenza elettronica e impedenza di contatto.Occorre adottare misure specifiche per ridurre questi tre componenti della resistenza ohmica.

1Impedenza ionica

L'impedenza ionica della batteria al litio si riferisce alla resistenza incontrata dagli ioni al litio durante il loro trasferimento all'interno della batteria.la velocità di migrazione degli ioni di litio e la velocità di conduzione degli elettroni svolgono ruoli altrettanto importantiL'impedenza ionica è influenzata principalmente dai materiali degli elettrodi positivi e negativi, dal separatore e dall'elettrolita.

1 Assicurare una buona bagnabilità tra i materiali degli elettrodi positivi e negativi e l'elettrolita.

Quando si progettano i fogli di elettrodi, si deve scegliere una densità di compattazione adeguata.aumento dell'impedenza ionicaPer il foglio di elettrodo negativo, se la pellicola SEI formata sulla superficie del materiale attivo durante la prima carica e scarica è troppo spessa, aumenterà anche l'impedenza ionica.Questo richiede di regolare il processo di formazione della batteria per risolvere il problema.

 2 Influenza degli elettroliti

L'elettrolita deve avere una concentrazione, una viscosità e una conduttività adeguate.Allo stesso tempo, l'elettrolita deve avere una concentrazione bassa; una concentrazione troppo elevata è anche dannosa per il suo flusso e l'umidità.La conduttività dell'elettrolita è il fattore più importante che influenza l'impedenza ionica, in quanto determina la migrazione degli ioni.

3 Influenza del separatore sull'impedenza ionica

I principali fattori che influenzano l'impedenza ionica nel separatore includono: distribuzione degli elettroliti all'interno del separatore, area del separatore, spessore, dimensione dei pori, porosità e tortuosità.per apparecchi di separazione in ceramica, è inoltre necessario evitare che le particelle ceramiche bloccino i pori del separatore, impedendo così il passaggio degli ioni.non dovrebbe rimanere alcun eccesso di elettroliti al suo interno, il che ridurrebbe l'efficienza dell'utilizzo degli elettroliti.

2Impedenza elettronica

L'impedenza elettronica è influenzata da molti fattori e possono essere apportati miglioramenti da aspetti quali materiali e processi di produzione.

1 Piastre di elettrodi positivi e negativi

I fattori che influenzano l'impedenza elettronica delle piastre di elettrodi positivi e negativi comprendono principalmente: il contatto tra il materiale attivo e il collettore di corrente,le proprietà del principio attivo stessoIl materiale attivo deve essere in pieno contatto con la superficie del collettore corrente,che può essere considerato dal substrato in rame e in foglio di alluminio del collettore di corrente e dall'adesione dei liquami di elettrodi positivi e negativiLa porosità del materiale attivo stesso, i sottoprodotti sulla superficie delle particelle e la miscelazione irregolare con l'agente conduttore possono tutti causare cambiamenti nell'impedenza elettronica.Parametri della piastra dell'elettrodo, come la bassa densità del materiale attivo, provocano grandi spazi tra particelle, che sono sfavorevoli per la conduzione degli elettroni.

2 Separatore

I fattori che influenzano l'impedenza elettronica del separatore includono principalmente: spessore del separatore, porosità e sottoprodotti durante la ricarica e la scarica.Dopo lo smontaggio della cella della batteria, sul separatore si trova spesso uno spessore di sostanza marrone, che comprende l'elettrodo negativo di grafite e i suoi sottoprodotti di reazione.Questo può causare il blocco dei pori del separatore e ridurre la durata della batteria.

3 Substrato del collettore di corrente

Il materiale, lo spessore, la larghezza del collettore di corrente e il suo contatto con le schede degli elettrodi influenzano l'impedenza elettronica.Il collettore di corrente deve essere fatto di un substrato non ossidato e non passivatoLa scarsa saldatura tra la lamina di rame/alluminio e le schede degli elettrodi influenzerà anche l'impedenza elettronica.

3Impedenza di contatto

La resistenza al contatto si forma al contatto tra la lamina di rame/alluminio e il materiale attivo.e l'adesione dei liquami degli elettrodi positivi e negativi deve ricevere particolare attenzione.

II. Polarizzazione Resistenza interna

Quando la corrente scorre attraverso un elettrodo, il fenomeno del potenziale dell'elettrodo che si discosta dal potenziale dell'elettrodo di equilibrio è chiamato polarizzazione dell'elettrodo.La polarizzazione comprende la polarizzazione ohmica, polarizzazione elettrochimica e polarizzazione della concentrazione, come mostrato nella figura seguente.La resistenza alla polarizzazione si riferisce alla resistenza interna causata dalla polarizzazione durante la reazione elettrochimica tra gli elettrodi positivi e negativi della batteriaPuò riflettere la consistenza della struttura interna della batteria, ma a causa dell'influenza del funzionamento e dei metodi, non è adatto per l'uso in produzione.Polarizzazione resistenza interna non è costante■ cambia continuamente nel tempo durante la ricarica e la scarica perché la composizione del materiale attivo, la concentrazione dell'elettrolita e la temperatura cambiano costantemente.La resistenza interna ohmica obbedisce alla legge di Ohm, e la resistenza interna di polarizzazione aumenta con l'aumento della densità di corrente, ma non in modo lineare.

Generalmente, la resistenza interna a corrente continua di una batteria è uguale alla somma della resistenza interna di polarizzazione e della resistenza interna ohmica.La misurazione della resistenza interna in CC è di grande importanzaMolti fattori influenzano la resistenza interna di polarizzazione, come la velocità di carica e scarica, la temperatura ambiente, lo stato SOC e la concentrazione di elettroliti.

III. Metodi di misurazione della resistenza interna della batteria attualmente utilizzati nell'industria

In applicazioni industriali, la misurazione accurata della resistenza interna della batteria viene effettuata con apparecchiature specializzate.i principali metodi di misurazione della resistenza interna delle batterie utilizzati nell'industria sono i seguenti::

1. Metodo di misurazione della resistenza interna alla scarica in CC

Secondo la formula fisica R = U/I, l'apparecchiatura di prova forza una grande corrente continua costante (attuale generalmente da 40A a 80A) attraverso la batteria per un breve periodo (generalmente 2-3 secondi),misura la tensione della batteria in questo momento, e calcola la resistenza interna corrente della batteria utilizzando la formula.

Questo metodo di misura ha un'elevata precisione; se controllato correttamente, l'errore di precisione della misurazione può essere controllato entro lo 0,1%.

Tuttavia, questo metodo presenta evidenti inconvenienti:

(1)Può misurare solo batterie o accumulatori di grande capacità; le batterie di piccola capacità non possono sopportare una grande corrente da 40A a 80A in 2-3 secondi;

(2)Quando una grande corrente passa attraverso la batteria, gli elettrodi all'interno della batteria subiranno una polarizzazione, generando una resistenza interna di polarizzazione.il tempo di misurazione deve essere molto breveIn caso contrario, il valore di resistenza interna misurato avrà un errore elevato;

(3)Una grande corrente che passa attraverso la batteria può causare danni agli elettrodi all'interno della batteria.

2. Metodo di misura della caduta di tensione AC della resistenza interna

Poiché una batteria è essenzialmente equivalente a una resistenza attiva, applichiamo una frequenza fissa e una corrente fissa alla batteria (attualmente,sono generalmente utilizzate una frequenza di 1 kHz e una piccola corrente di 50 mA)Dopo una serie di fasi di elaborazione quali rettificazione e filtraggio,il valore della resistenza interna della batteria è calcolato tramite un circuito di amplificazione operativoIl tempo di misurazione della batteria utilizzando il metodo di misurazione della resistenza interna della caduta di tensione CA è estremamente breve, generalmente di circa 100 millisecondi.

Questo metodo di misura ha anche una buona precisione, con un errore di precisione di misura generalmente tra l'1% e il 2%.

Vantaggi e svantaggi di questo metodo:

(1) Il metodo di misurazione della resistenza interna alla caduta di tensione CA può misurare quasi tutte le batterie, comprese quelle di piccola capacità.Questo metodo è generalmente utilizzato per misurare la resistenza interna delle celle della batteria del portatile.

(2) L'accuratezza di misura del metodo di misura della caduta di tensione CA può essere influenzata dalla corrente ondulatoria e vi è anche la possibilità di interferenze di corrente armonica.Si tratta di una prova della capacità anti-interferenza del circuito dello strumento di misura.

(3) Questo metodo non provoca danni significativi alla batteria stessa.

(4) L'accuratezza di misura del metodo di misura della caduta di tensione CA non è così buona come quella del metodo di misura della resistenza interna alla scarica CC.