Desvelar los secretos de la resistencia interna de las baterías de litio: factores clave que influyen y soluciones de optimización

La resistencia interna es la resistencia encontrada por la corriente que fluye a través de una batería de litio durante el funcionamiento.puede dividirse en resistencia interna CA y resistencia interna CCLa resistencia interna de la batería es un parámetro importante para evaluar la calidad de las baterías de iones de litio.causando que la temperatura de la batería aumente, lo que conduce a una disminución del voltaje de descarga y un tiempo de descarga más corto, afectando seriamente el rendimiento y la vida útil de la batería.La resistencia interna es también un parámetro importante a tener en cuenta en los ensayos electroquímicos de las baterías de litio.Este artículo comparte los factores que afectan a la resistencia interna de las baterías de litio, considerando los materiales y los procesos de fabricación de las baterías de litio.

Generalmente, la resistencia interna de la batería se divide en resistencia ómica y resistencia de polarización.y resistencia al contacto de varios componentesLa resistencia a la polarización se refiere a lala resistenciacausados por la polarización durante las reacciones electroquímicas, incluida la resistencia a la polarización electroquímica y la resistencia a la polarización de concentración.La resistencia ómica de la batería está determinada por la conductividad total de la batería, mientras que la resistencia a la polarización está determinada por el coeficiente de difusión en fase sólida de los iones de litio en el material activo del electrodo.

I. Resistencia ómica

La resistencia ómica se divide principalmente en tres partes: impedancia iónica, impedancia electrónica e impedancia de contacto.Es necesario adoptar medidas específicas para reducir estos tres componentes de la resistencia ohmica.

1Impedancia iónica

La impedancia iónica de las baterías de litio se refiere a la resistencia encontrada por los iones de litio durante su transferencia dentro de la batería.La velocidad de migración de los iones de litio y la velocidad de conducción de los electrones juegan un papel igualmente importanteLa impedancia iónica se ve afectada principalmente por los materiales de los electrodos positivos y negativos, el separador y el electrolito.

1 Asegurar una buena humedecibilidad entre los materiales de los electrodos positivos y negativos y el electrolito.

Cuando se diseñan las láminas de electrodos, debe seleccionarse una densidad de compactación adecuada.aumento de la impedancia iónicaPara la lámina de electrodo negativo, si la película SEI formada en la superficie del material activo durante la primera carga y descarga es demasiado gruesa, también aumentará la impedancia iónica.Esto requiere ajustar el proceso de formación de la batería para resolver el problema.

 2 Influencia de los electrolitos

El electrolito debe tener una concentración, viscosidad y conductividad adecuadas.Al mismo tiempo, el electrolito debe tener una concentración baja; una concentración demasiado alta también es perjudicial para su flujo y humedecimiento.La conductividad del electrolito es el factor más importante que afecta la impedancia iónica, ya que determina la migración iónica.

3 Influencia del separador en la impedancia iónica

Los principales factores que afectan a la impedancia iónica en el separador incluyen: distribución de electrolitos dentro del separador, área del separador, grosor, tamaño de los poros, porosidad y tortuosidad.Para separadores de cerámica, también es necesario evitar que las partículas cerámicas bloqueen los poros del separador, lo que obstaculizaría el paso de iones.No debe haber ningún exceso de electrolito que quede dentro de él., lo que reduciría la eficiencia de la utilización de electrolitos.

2Impedancia electrónica

La impedancia electrónica está influenciada por muchos factores, y se pueden hacer mejoras desde aspectos como materiales y procesos de fabricación.

1 Placas de electrodos positivos y negativos

Los factores que afectan a la impedancia electrónica de las placas de electrodos positivos y negativos incluyen principalmente: el contacto entre el material activo y el colector de corriente,las propiedades del propio principio activo, y los parámetros de la placa del electrodo.que puede considerarse a partir de los sustratos de cobre y papel de aluminio del colector de corriente y la adhesión de las suspensiones de electrodos positivos y negativosLa porosidad del propio material activo, los subproductos en la superficie de las partículas y la mezcla desigual con el agente conductor pueden causar cambios en la impedancia electrónica.Parámetros de las placas de electrodos, como la baja densidad de material activo, dan lugar a grandes espacios entre partículas, que son desfavorables para la conducción de electrones.

2 Separador

Los factores que afectan a la impedancia electrónica del separador incluyen principalmente: grosor del separador, porosidad y subproductos durante la carga y descarga.Después de desmontar la batería, una capa gruesa de sustancia marrón se encuentra a menudo en el separador, que incluye el electrodo negativo de grafito y sus subproductos de reacción.Esto puede causar obstrucción de los poros del separador y reducir la duración de la batería.

3 Substrato del colector de corriente

El material, el grosor, el ancho del colector de corriente y su contacto con las pestañas de los electrodos afectan a la impedancia electrónica.El colector de corriente debe estar hecho de un sustrato no oxidado y no pasivadoLa falta de soldadura entre la lámina de cobre/aluminio y los electrodos también afectará a la impedancia electrónica.

3Impedancia de contacto

La resistencia al contacto se forma en el contacto entre la lámina de cobre/aluminio y el material activo.y se debe prestar especial atención a la adherencia de las suspensiones de electrodos positivos y negativos.

II. Polarización Resistencia interna

Cuando la corriente fluye a través de un electrodo, el fenómeno del potencial del electrodo que se desvía del potencial del electrodo de equilibrio se llama polarización del electrodo.La polarización incluye la polarización ohmica, polarización electroquímica y polarización de concentración, como se muestra en la figura siguiente.La resistencia de polarización se refiere a la resistencia interna causada por la polarización durante la reacción electroquímica entre los electrodos positivos y negativos de la bateríaPuede reflejar la consistencia de la estructura interna de la batería, pero debido a la influencia del funcionamiento y los métodos, no es adecuado para su uso en la producción.Polarización resistencia interna no es constante; cambia continuamente con el tiempo durante la carga y la descarga porque la composición del material activo, la concentración del electrolito y la temperatura cambian constantemente.La resistencia interna ohmica obedece la ley de Ohm, y la resistencia interna de polarización aumenta con el aumento de la densidad de corriente, pero no linealmente.

Generalmente, la resistencia interna de CC de una batería es igual a la suma de la resistencia interna de polarización y la resistencia interna ohmica.La medición de la resistencia interna de CC es de gran importanciaMuchos factores afectan a la resistencia interna de polarización, como la velocidad de carga y descarga, la temperatura ambiente, el estado SOC y la concentración de electrolitos.

III. Métodos de medición de la resistencia interna de la batería actualmente utilizados en la industria

En las aplicaciones industriales, la medición precisa de la resistencia interna de la batería se realiza con equipos especializados.Los principales métodos de medición de la resistencia interna de las baterías utilizados en la industria son los siguientes::

1Método de medición de la resistencia interna de la descarga de CC

De acuerdo con la fórmula física R = U/I, el equipo de ensayo impulsa una gran corriente constante de CC (actualmente generalmente de 40 a 80 A) a través de la batería durante un corto período (generalmente de 2 a 3 segundos),mide el voltaje en la batería en este momento, y calcula la resistencia interna actual de la batería utilizando la fórmula.

Este método de medición tiene una alta precisión; si se controla adecuadamente, el error de precisión de medición puede controlarse dentro del 0,1%.

Sin embargo, este método tiene desventajas obvias:

En el caso de losSolo puede medir baterías o acumuladores de gran capacidad; las baterías de pequeña capacidad no pueden soportar una gran corriente de 40 A a 80 A en 2-3 segundos;

(2) ElCuando una gran corriente pasa a través de la batería, los electrodos dentro de la batería sufrirán polarización, generando resistencia interna de polarización.el tiempo de medición debe ser muy corto; de lo contrario, el valor de resistencia interna medido tendrá un error importante;

(3) ElUna gran corriente que pasa a través de la batería puede causar algún daño a los electrodos dentro de la batería.

2Método de medición de la resistencia interna de la caída de voltaje CA

Debido a que una batería es esencialmente equivalente a una resistencia activa, aplicamos una frecuencia fija y corriente fija a la batería (actualmente,se utilizan generalmente una frecuencia de 1 kHz y una pequeña corriente de 50 mA)Después de una serie de pasos de procesamiento tales como rectificación y filtración,el valor de la resistencia interna de la batería se calcula a través de un circuito de amplificación operativoEl tiempo de medición de la batería utilizando el método de medición de la resistencia interna de la caída de voltaje CA es extremadamente corto, generalmente alrededor de 100 milisegundos.

Este método de medición también tiene una buena precisión, con un error de precisión de medición generalmente entre el 1% y el 2%.

Ventajas y desventajas de este método:

(1) El método de medición de la resistencia interna de la caída de voltaje CA puede medir casi todas las baterías, incluidas las baterías de pequeña capacidad.Este método se utiliza generalmente para medir la resistencia interna de las celdas de la batería del portátil.

(2) La precisión de medición del método de medición de la caída de voltaje CA puede verse afectada por la corriente ondulada, y también existe la posibilidad de interferencias de corriente armónica.Se trata de un ensayo de la capacidad antiinterferencia del circuito del instrumento de medición..

(3) Este método no causa daños significativos a la batería misma.

(4) La precisión de medición del método de medición de la caída de voltaje CA no es tan buena como la del método de medición de la resistencia interna de descarga CC.