Odkrycie tajemnic wewnętrznego oporu baterii litowej: kluczowe czynniki wpływające i rozwiązania optymalizacyjne

Opór wewnętrzny to opór występujący w przypadku prądu przepływającego przez baterię litową podczas pracy.można go podzielić na wewnętrzny opór AC i wewnętrzny opór DCOporność wewnętrzna baterii jest ważnym parametrem oceny jakości baterii litowo-jonowych.powodując wzrost temperatury baterii, co prowadzi do zmniejszenia napięcia rozładowania i skrócenia czasu rozładowania, poważnie wpływając na wydajność i żywotność baterii.Odporność wewnętrzna jest również ważnym parametrem, który należy wziąć pod uwagę w badaniach elektrochemicznych właściwości akumulatorów litowychW niniejszym artykule omówione zostaną czynniki wpływające na wewnętrzną odporność baterii litowej, biorąc pod uwagę materiały i procesy produkcji baterii litowych.

Generalnie wewnętrzny opór baterii dzieli się na opór ohmowy i opór polaryzacyjny.i odporność na kontakt różnych komponentów. opór polaryzacyjny odnosi się doodpornośćspowodowane przez polaryzację podczas reakcji elektrochemicznych, w tym elektrokemii rezystancji polaryzacji i rezystancji polaryzacji koncentracji.Opór ohmowy baterii jest określany przez całkowitą przewodność baterii, natomiast rezystancja polaryzacyjna jest określona przez współczynnik dyfuzji jonów litu w fazie stałej w materiale aktywnym elektrody.

I. Opór ohmiczny

Oporność ohmowa dzieli się głównie na trzy części: impedancję jonową, impedancję elektroniczną i impedancję kontaktową.Należy podjąć szczególne środki w celu zmniejszenia tych trzech składników oporu ohmowego.

1Impedancja jonowa

Impedancja jonowa baterii litowej odnosi się do oporu napotkanego przez jony litowe podczas ich przenoszenia w baterii.prędkość migracji jonów litu i prędkość przewodzenia elektronów odgrywają równie ważną rolęImpedans jonowy jest głównie wpływany przez dodatni i ujemny materiał elektrody, separator i elektrolit.

1 Upewnij się, że materiały elektrody dodatniej i ujemnej i elektrolit mają dobrą wilgotność.

Przy projektowaniu arkuszy elektrodowych należy wybrać odpowiednią gęstość sprężania.zwiększenie impedancji jonowejW przypadku blachy elektrody ujemnej, jeśli folia SEI utworzona na powierzchni materiału aktywnego podczas pierwszego ładowania i rozładowania jest zbyt gruba, zwiększy ona również impedancję jonową.To wymaga dostosowania procesu tworzenia baterii do rozwiązania problemu.

 2 Wpływ elektrolitów

Nadmierna lepkość elektrolitu uniemożliwia jego nawilżanie aktywnych materiałów elektrody dodatniej i ujemnej.W tym samym czasie, elektrolit musi mieć niskie stężenie; zbyt wysokie stężenie jest również szkodliwe dla jego przepływu i nawilżania.Przewodność elektrolitu jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na impedancję jonową, ponieważ określa migrację jonów.

3 Wpływ separatora na impedancję jonową

Główne czynniki wpływające na impedancję jonową w separatorze obejmują: rozkład elektrolitów w separatorze, obszar separatora, grubość, wielkość porów, porowatość i skrętność.Do separatorów ceramicznych, należy również zapobiec zablokowaniu porów separatora przez cząstki ceramiczne, które utrudniałyby przechodzenie jonów.nie powinno pozostawać w nim nadmiaru elektrolitu., co zmniejszyłoby efektywność wykorzystania elektrolitów.

2Impedancja elektroniczna

Impedans elektroniczny jest pod wpływem wielu czynników, a ulepszenia mogą być dokonywane z takich aspektów, jak materiały i procesy produkcyjne.

1 Płyty elektrodowe dodatnie i ujemne

Czynniki wpływające na impedancję elektroniczną płyt elektrod dodatnich i ujemnych obejmują głównie: kontakt między materiałem aktywnym a kolektorem prądu,właściwości samej substancji czynnejMateriał czynny musi być w pełnym kontakcie z powierzchnią zbiornika prądu,które można ustalić na podstawie substratów miedzi i folii aluminiowej z kolektorem prądu oraz przyczepności proszków elektrod dodatnich i ujemnychPorowatość samego substancji czynnej, produkty uboczne na powierzchni cząstek i nierównomierne mieszanie się z przewodzącym czynnikiem mogą powodować zmiany impedancji elektronicznej.Parametry płyty elektrodowej, takie jak niska gęstość aktywnego materiału, powodują duże luki między cząstkami, które są niekorzystne dla przewodzenia elektronów.

2 Separator

Czynniki wpływające na impedancję elektroniczną separatora obejmują głównie: grubość separatora, porowatość i produkty uboczne podczas ładowania i rozładowywania.Po demontażu ogniwa akumulatora, na separatorze często znajduje się gruba warstwa brązowej substancji, która obejmuje grafit elektrody ujemnej i jej produktów ubocznych reakcji.Może to spowodować zablokowanie porów separatora i skrócić żywotność baterii.

3 Substrat zbiornika prądu

Materiał, grubość, szerokość kolektora prądu oraz jego kontakt z elektrodami wpływają na impedancję elektroniczną.Kollektor prądu musi być wykonany z nieutlenionego i niepasywnego podłożaW przeciwnym razie wpływa to na impedancję, a także na impedancję elektroniczną.

3Impedans kontaktowy

Odporność kontaktowa powstaje w momencie kontaktu folii miedzi/aluminiowej z materiałem czynnym,a przyczepność ślizgów elektrod dodatnich i ujemnych wymaga szczególnej uwagi.

II. Polaryzacja Opór wewnętrzny

Kiedy prąd przepływa przez elektrodę, zjawisko odchylenia się potencjału elektrody od potencjału elektrody równowagi nazywa się polaryzacją elektrody.Polaryzacja obejmuje polaryzację ohmiczną, polaryzacji elektrochemicznej i polaryzacji stężenia, jak pokazano na rysunku poniżej.Opór polaryzacyjny odnosi się do oporu wewnętrznego spowodowanego przez polaryzację podczas reakcji elektrochemicznej między dodatnimi i ujemnymi elektrodami akumulatoraMoże odzwierciedlać spójność wewnętrznej struktury baterii, ale ze względu na wpływ działania i metod nie nadaje się do stosowania w produkcji.Polaryzacja wewnętrzny opór nie jest stały; stale zmienia się w czasie ładowania i rozładowania, ponieważ skład substancji czynnej, stężenie elektrolitu i temperatura stale się zmieniają.Wewnętrzny opór ohmiczny podlega prawu Ohma., a opór wewnętrzny polaryzacji zwiększa się wraz ze wzrostem gęstości prądu, ale nie liniowo.

Ogólnie rzecz biorąc, wewnętrzny opór prądu stałego akumulatora jest równy sumie wewnętrznego oporu polaryzacyjnego i wewnętrznego oporu ohmowego.Pomiar wewnętrznego oporu prądu stałego ma wielkie znaczenieWiele czynników wpływa na wewnętrzny opór polaryzacji, takich jak szybkość ładowania i rozładowania, temperatura otoczenia, stan SOC i stężenie elektrolitów.

Metody pomiaru wewnętrznego oporu akumulatora stosowane obecnie w przemyśle

W zastosowaniach przemysłowych dokładne pomiar oporu wewnętrznego baterii jest wykonywany za pomocą specjalistycznego sprzętu.główne metody pomiaru oporu wewnętrznego baterii stosowane w przemyśle są następujące::

1Metody pomiaru wewnętrznego oporu rozładowania prądu stałego

Zgodnie z formułą fizyczną R = U/I, urządzenie badawcze przez krótki czas (zwykle 2-3 sekundy) wymusza przepływ dużego stałego prądu stałego (obecnie 40A do 80A),mierzy napięcie w całej baterii w tym czasie, a następnie oblicza bieżący wewnętrzny opór baterii za pomocą wzoru.

Ta metoda pomiaru ma wysoką dokładność; jeśli jest prawidłowo kontrolowana, błąd dokładności pomiaru może być ograniczony do 0,1%.

Metoda ta ma jednak oczywiste wady:

(1)Może mierzyć tylko baterie lub akumulatory o dużej pojemności; baterie o małej pojemności nie mogą wytrzymać dużego prądu od 40A do 80A w ciągu 2-3 sekund;

(2)Kiedy przez baterię przechodzi silny prąd, elektrody wewnątrz akumulatora ulegają polaryzacji, generując wewnętrzny opór polaryzacyjny.czas pomiaru musi być bardzo krótki; w przeciwnym razie zmierzona wartość oporu wewnętrznego będzie miała duży błąd;

(3)Duży prąd przechodzący przez baterię może spowodować pewne uszkodzenie elektrod znajdujących się wewnątrz akumulatora.

2. Metoda pomiaru wewnętrznego oporu spadku napięcia AC

Ponieważ bateria jest zasadniczo równoważna z aktywnym rezystorem, stosujemy stałą częstotliwość i stały prąd do baterii (obecnieczęstotliwość 1 kHz i mały prąd 50 mA są zazwyczaj stosowane), a następnie pobrać próbki napięcia.wartość wewnętrznego oporu akumulatora oblicza się za pomocą obwodów wzmacniaczy roboczychCzas pomiaru baterii przy użyciu metody pomiaru oporu wewnętrznego spadku napięcia prądu przemiennego jest niezwykle krótki, zwykle około 100 milisekund.

Ta metoda pomiaru ma również dobrą dokładność, z błędem dokładności pomiaru na ogół w zakresie od 1% do 2%.

Zalety i wady tej metody:

(1) Metoda pomiaru wewnętrznego oporu spadku napięcia prądu przemiennego może mierzyć niemal wszystkie akumulatory, w tym akumulatory o małej pojemności.Ta metoda jest zazwyczaj stosowana do pomiaru wewnętrznego oporu ogniw baterii laptopa.

(2) Dokładność pomiaru metody pomiaru spadku napięcia prądu przemiennego może być wpływana przez prąd falowy, a istnieje również możliwość zakłóceń prądu harmonijnego.Jest to badanie zdolności przeciwdziałania zakłóceniom obwodu przyrządu pomiarowego.

(3) Ta metoda nie powoduje znaczących uszkodzeń samej baterii.

(4) Dokładność pomiarów metody pomiaru spadku napięcia prądu przemiennego nie jest tak dobra jak metoda pomiaru wewnętrznego oporu rozładowania prądu stałego.