Desvendando os segredos da resistência interna da bateria de lítio: principais fatores de influência e soluções de otimização

A resistência interna é a resistência encontrada pela corrente que flui através de uma bateria de lítio durante o funcionamento.pode ser dividido em resistência interna AC e resistência interna DCA resistência interna da bateria é um parâmetro importante para avaliar a qualidade das baterias de iões de lítio.causando o aumento da temperatura da bateria, levando a uma diminuição da tensão de descarga e um tempo de descarga mais curto, afetando seriamente o desempenho e a vida útil da bateria.A resistência interna é também um parâmetro importante a considerar nos ensaios de desempenho eletroquímico das baterias de lítioEste artigo irá compartilhar os fatores que afetam a resistência interna das baterias de lítio, considerando os materiais e processos de fabricação das baterias de lítio.

Geralmente, a resistência interna da bateria é dividida em resistência ohmica e resistência de polarização.e resistência ao contacto de vários componentes. Resistência à polarização refere-se àresistênciacausadas pela polarização durante reações eletroquímicas, incluindo a resistência à polarização eletroquímica e a resistência à polarização da concentração.A resistência ohmica da bateria é determinada pela condutividade total da bateria, enquanto a resistência de polarização é determinada pelo coeficiente de difusão da fase sólida dos íons lítio no material ativo do elétrodo.

I. Resistência Ómica

A resistência ómica é dividida em três partes: impedância iônica, impedância eletrônica e impedância de contato.É necessário tomar medidas específicas para reduzir estes três componentes da resistência ohmica.

1Impedância iónica

Impedância iônica da bateria de lítio refere-se à resistência encontrada pelos íons de lítio durante sua transferência dentro da bateria.A velocidade de migração dos íons de lítio e a velocidade de condução dos elétrons desempenham papéis igualmente importantesA impedância iónica é afectada principalmente pelos materiais dos eletrodos positivos e negativos, separador e eletrólito.

1 Garantir uma boa umedecibilidade entre os materiais dos eléctrodos positivos e negativos e o eletrólito.

Quando se desenham as folhas de eléctrodos, deve ser selecionada uma densidade de compactação adequada.aumento da impedância iónicaPara a folha de eletrodo negativo, se a película SEI formada na superfície do material ativo durante a primeira carga e descarga for muito espessa, também aumentará a impedância iónica.Isto requer ajustar o processo de formação da bateria para resolver o problema.

 2 Influência dos eletrólitos

O eletrólito deve ter concentração, viscosidade e condutividade adequadas.Ao mesmo tempo, o eletrólito deve ter uma baixa concentração; uma concentração demasiado elevada também é prejudicial ao seu fluxo e umedecimento.A condutividade do eletrólito é o fator mais importante que afeta a impedância iónica, uma vez que determina a migração de íons.

3 Influência do separador na impedância iónica

Os principais fatores que afetam a impedância iónica no separador incluem: distribuição de eletrólitos dentro do separador, área do separador, espessura, tamanho dos poros, porosidade e tortuosidade.Para separadores de cerâmica, é igualmente necessário evitar que as partículas de cerâmica bloqueiem os poros do separador, o que dificultaria a passagem de íons.Não deve haver eletrólito em excesso dentro dele., o que reduziria a eficiência da utilização de eletrólitos.

2Impedância electrónica

A impedância eletrônica é influenciada por muitos fatores, e as melhorias podem ser feitas a partir de aspectos como materiais e processos de fabricação.

1 Placas de eléctrodos positivos e negativos

Os factores que afectam a impedância electrónica das placas de eléctrodos positivos e negativos incluem principalmente: o contacto entre o material activo e o colector de corrente,As propriedades da própria substância activaO material ativo deve estar em pleno contacto com a superfície do colector de corrente,que podem ser considerados a partir dos substratos de cobre e alumínio do colector de corrente e da adesão das lulas de elétrodos positivos e negativosA porosidade do próprio material ativo, os subprodutos na superfície da partícula e a mistura desigual com o agente condutor podem causar alterações na impedância eletrônica.Parâmetros da placa de eléctrodos, como a baixa densidade de material ativo, resultam em grandes lacunas entre partículas, que são desfavoráveis para a condução de elétrons.

2 Separador

Os fatores que afetam a impedância eletrônica do separador incluem principalmente: espessura do separador, porosidade e subprodutos durante o carregamento e descarga.Após desmontar a célula da bateria, uma camada espessa de substância marrom é frequentemente encontrada no separador, que inclui eletrodo negativo de grafite e seus subprodutos de reação.Isto pode causar bloqueio dos poros do separador e reduzir a vida útil da bateria.

3 Substrato do colector de corrente

O material, a espessura, a largura do coletor de corrente e seu contato com as fichas do eletrodo afetam a impedância eletrônica.O colector de corrente precisa ser feito de um substrato não oxidado e não passivadoA falta de soldadura entre a folha de cobre/alumínio e as fichas do elétrodo também afectará a impedância electrónica.

3Impedância de contacto

A resistência ao contacto é formada no contacto entre a folha de cobre/alumínio e o material activo,e a adesão das lama de elétrodos positivos e negativos precisa de ser dada especial atenção.

II. Polarização Resistência interna

Quando a corrente flui através de um eletrodo, o fenômeno do potencial do eletrodo desviando-se do potencial do eletrodo de equilíbrio é chamado de polarização do eletrodo.A polarização inclui a polarização ohmica, polarização eletroquímica e polarização de concentração, conforme mostrado na figura abaixo.A resistência de polarização refere-se à resistência interna causada pela polarização durante a reação eletroquímica entre os eletrodos positivos e negativos da bateriaPode refletir a consistência da estrutura interna da bateria, mas devido à influência da operação e dos métodos, não é adequado para utilização em produção.Resistência interna de polarização não é constante■ muda continuamente ao longo do tempo durante o carregamento e descarregamento, porque a composição do material ativo, a concentração do eletrólito e a temperatura estão em constante mudança.A resistência interna de Ohm obedece à lei de Ohm, e a resistência interna de polarização aumenta com o aumento da densidade de corrente, mas não linearmente.

Geralmente, a resistência interna de CC de uma bateria é igual à soma da resistência interna de polarização e da resistência interna ohmica.A medição da resistência interna de CC é de grande importânciaMuitos fatores afetam a resistência interna de polarização, tais como a taxa de carga e descarga, temperatura ambiente, estado SOC e concentração de eletrólitos.

III. Métodos de medição da resistência interna da bateria actualmente utilizados na indústria

Em aplicações industriais, a medição precisa da resistência interna da bateria é efectuada através de equipamentos especializados.Os principais métodos de medição da resistência interna da bateria utilizados na indústria são os seguintes::

1Método de medição da resistência interna de descarga de CC

De acordo com a fórmula física R = U/I, o equipamento de ensaio impõe uma corrente contínua de corrente contínua elevada (atual geralmente de 40 a 80 A) através da bateria durante um curto período (geralmente de 2 a 3 segundos),Medir a tensão através da bateria neste momento, e calcula a resistência interna da bateria corrente utilizando a fórmula.

Este método de medição tem uma elevada precisão; se for devidamente controlado, o erro de precisão da medição pode ser controlado dentro de 0,1%.

No entanto, este método tem desvantagens óbvias:

(a)Só pode medir baterias ou acumuladores de grande capacidade; as baterias de pequena capacidade não podem suportar uma grande corrente de 40 a 80 A em 2-3 segundos;

(2)Quando uma grande corrente passa através da bateria, os eletrodos dentro da bateria sofrerão polarização, gerando resistência interna de polarização.o tempo de medição deve ser muito curtoCaso contrário, o valor da resistência interna medida terá um erro elevado;

(3)Uma grande corrente que atravessa a bateria pode causar algum dano aos eletrodos dentro da bateria.

2Método de medição da queda de tensão AC da resistência interna

Como uma bateria é essencialmente equivalente a um resistor ativo, aplicamos uma frequência fixa e corrente fixa para a bateria (atualmente,Uma frequência de 1 kHz e uma pequena corrente de 50 mA são geralmente utilizadas)Após uma série de etapas de processamento, tais como retificação e filtragem,o valor da resistência interna da bateria é calculado através de um circuito de amplificação operacionalO tempo de medição da bateria utilizando o método de medição da queda de tensão AC da resistência interna é extremamente curto, geralmente em torno de 100 milissegundos.

Este método de medição também tem uma boa precisão, com um erro de precisão de medição geralmente entre 1% e 2%.

Vantagens e desvantagens deste método:

(1) O método de medição da resistência interna da queda de tensão AC pode medir quase todas as baterias, incluindo as de pequena capacidade.Este método é geralmente usado para medir a resistência interna de células de bateria de laptop.

(2) A precisão de medição do método de medição da queda de tensão AC pode ser afectada pela corrente de ondulação e existe também a possibilidade de interferência da corrente harmónica.Este é um ensaio da capacidade anti-interferência do circuito do instrumento de medição.

(3) Este método não causa danos significativos à própria bateria.

(4) A precisão de medição do método de medição da queda de tensão AC não é tão boa como o método de medição da resistência interna da descarga de CC.