Lityum Pil İç Direnci Sırlarını Açıklamak: Ana Etkili Faktörler ve Optimizasyon Çözümleri

İç direnç, bir lityum bataryasından geçerken akımın karşılaştığı direncidir.AC iç direnç ve DC iç direnç olarak bölünebilir.Batarya iç direnişi, lityum iyonlu bataryaların kalitesini değerlendirmek için önemli bir parametredir.Batarya sıcaklığının yükselmesine neden olur., boşaltma voltajının azalmasına ve boşaltma süresinin kısaltılmasına neden olur ve batarya performansını ve ömrünü ciddi şekilde etkiler.İç direnç, lityum pillerin elektrokimyasal performans testlerinde de dikkate alınması gereken önemli bir parametredir.Bu makalede, lityum pillerin malzemelerini ve üretim süreçlerini göz önünde bulundurarak, lityum pillerin iç direncini etkileyen faktörleri paylaşacağız.

Genel olarak, batarya iç direnci ohmik direnci ve kutuplaşma direnci olarak ayrılır.ve çeşitli bileşenlerin temas direnciPolarizasyon direnci,direnciElektrokimyasal reaksiyonlar sırasında polarizasyondan kaynaklanan, elektro kimyasal polarizasyon direnci ve konsantrasyon polarizasyon direnci dahil.Bataryanın ohmik direnci, bataryanın toplam iletkenliği ile belirlenir.Polarizasyon direnci ise elektrot aktif malzemesindeki lityum iyonlarının katı faz difüzyon katsayısı ile belirlenir.

I. Ohmik Direniş

Ohm direnci, temel olarak üç parçaya ayrılır: iyonik impedans, elektronik impedans ve temas impedans.Ohm direncinin bu üç bileşenini azaltmak için özel önlemler alınmalıdır..

1İyonik İmpedans

Lityum bataryası iyonik impedansı, lityum iyonlarının batarya içindeki aktarımları sırasında karşılaştığı direnişe atıfta bulunur.Lityum iyonlarının göç hızı ve elektron iletme hızı eşit derecede önemli rol oynar.. İyonik impedans esas olarak pozitif ve negatif elektrot malzemeleri, ayırıcı ve elektrolit tarafından etkilenir. İyonik impedansı azaltmak için aşağıdaki noktalar ele alınmalıdır:

1 Pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ile elektrolit arasında iyi nemlendiricilik sağlanmalıdır.

Elektrot levhalarının tasarımı sırasında, uygun bir sıkıştırma yoğunluğu seçilmelidir.İyonik impedansı arttırmakNegatif elektrot levhası için, ilk şarj ve boşaltma sırasında aktif malzemenin yüzeyinde oluşturulan SEI filmi çok kalınsa, iyonik impedans da artacaktır.Bu sorunu çözmek için pil oluşum sürecini ayarlamak gerektirir.

 2 Elektrolitlerin Etkisi

Elektrolit uygun konsantrasyon, viskozite ve iletkenliğe sahip olmalıdır. Aşırı elektrolit viskozitesi pozitif ve negatif elektrot aktif malzemelerinin ıslanmasını engeller.Aynı zamanda, elektrolit düşük bir konsantrasyonda olmalıdır; çok yüksek bir konsantrasyon da akışına ve ıslanmasına zarar verir.Elektrolitin iletkenliği iyonik impedansı etkileyen en önemli faktördürİyon göçünü belirlediği için.

3 İyonik impedans üzerindeki ayırıcının etkisi

Ayırıcıdaki iyonik impedansı etkileyen ana faktörler şunlardır: ayırıcı içindeki elektrolit dağılımı, ayırıcı alanı, kalınlığı, gözenek boyutu, gözeneklilik ve bükülme.Seramik ayırıcılar için, ayrıca seramik parçacıkların, iyon geçişini engelleyecek şekilde ayırıcı gözeneklerini kapatmasını önlemek gerekir.İçinde fazladan elektrolit kalmamalı., bu da elektrolit kullanımının verimliliğini azaltacaktır.

2Elektronik Impedans

Elektronik impedans birçok faktörden etkilenir ve malzemeler ve üretim süreçleri gibi yönlerden iyileştirmeler yapılabilir.

1 Pozitif ve negatif elektrot plakaları

Pozitif ve negatif elektrot plakalarının elektronik impedansını etkileyen faktörler esas olarak şunları içerir: aktif malzeme ile akım kolektörü arasındaki temas,Etkin maddenin özelliğiEtkin malzemenin akım koleksiyon yüzeyiyle tam temas halinde olması gerekir.Akım kolektorunun bakır ve alüminyum folyo substratlarından ve pozitif ve negatif elektrot çamurlarının yapışkanlığından değerlendirilebilirEtkin malzemenin kendisinin gözenekliliği, parçacık yüzeyinde yan ürünler ve iletken ajanla eşit olmayan karışım, tümünün elektronik impedansta değişikliklere neden olabilir.Elektrot plaka parametreleri, örneğin düşük aktif malzeme yoğunluğu, elektron iletkenliği için olumsuz olan büyük parçacık arası boşluklara neden olur.

2 Ayırıcı

Bölücüün elektronik impedansını etkileyen faktörler, temel olarak şunları içerir: bölücü kalınlığı, gözeneklilik ve şarj ve boşaltma sırasında yan ürünler.Batarya hücresini söktükten sonra, sıklıkla grafit negatif elektrotu ve reaksiyon yan ürünlerini içeren bir kahverengi maddenin kalın bir katmanı ayırıcıda bulunur.Bu, ayırıcı gözenek tıkanmasına ve pil ömrünün azalmasına neden olabilir..

3 Mevcut koleksiyon altyapısı

Akım kolektörünün malzemesi, kalınlığı, genişliği ve elektrot etiketleriyle teması, elektronik impedansiyi etkiler.Akım kolektör oksitlenmemiş ve pasifleştirilmemiş bir substrat yapılması gerekirBakır/alüminyum folyo ile elektrot etiketleri arasındaki kötü kaynak da elektronik impedansı etkileyecektir.

3İletişim engelliği.

Dokunma direnci, bakır/alüminyum folyo ile aktif madde arasındaki temas noktasında oluşur.ve pozitif ve negatif elektrot çamurlarının yapışmasına özel dikkat edilmesi gerekir..

II. Kutuplaşma İç Direniş

Akım bir elektrodan geçerken, elektrot potansiyelinin denge elektrot potansiyelinden sapması fenomeni elektrot kutuplaşması olarak adlandırılır.Kutuplaşma ohmik kutuplaşmayı içerir, elektrokimyasal kutuplaşma ve konsantrasyon kutuplaşma, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi.Polarizasyon direnci, pilin pozitif ve negatif elektrotları arasındaki elektrokimyasal reaksiyon sırasında polarizasyonun neden olduğu iç direnci ifade ederBataryanın iç yapısının tutarlılığını yansıtabilir, ancak işletim ve yöntemlerin etkisi nedeniyle üretimde kullanılmak için uygun değildir.Kutuplaşma iç direnç sabit değildir; aktif maddenin bileşimi, elektrolit konsantrasyonu ve sıcaklık sürekli değiştiği için şarj ve boşaltma sırasında zaman içinde sürekli değişir.Ohm iç direnişi Ohm yasasına uyar., ve kutuplaşma iç direnci, akım yoğunluğunun artmasıyla artar, ancak doğrusal olarak değil.

Genel olarak, bir pilin DC iç direnci, kutuplaşma iç direnci ve ohmik iç direnci toplamına eşittir.DC iç direncinin ölçümü büyük önem taşır.Birçok faktör, yük ve boşaltma hızı, ortam sıcaklığı, SOC durumu ve elektrolit konsantrasyonu gibi kutuplaşma iç direncini etkiler.

III. Endüstride Şu anda Kullanılan Pil İç Direnci Ölçüm Metotları

Endüstriyel uygulamalarda, pil iç direncinin doğru ölçümü özel ekipman kullanılarak yapılır.Endüstride kullanılan ana pil iç direnç ölçüm yöntemleri şunlardır::

1DC Serbestleme İç Direnci Ölçüm Yöntemi

Fiziksel formül R = U/I'ye göre, test cihazı, pilden kısa bir süre (genellikle 2-3 saniye) boyunca büyük bir sabit DC akımı (genellikle 40A ila 80A akım) zorlar.Bu anda bataryadaki voltajı ölçüyor., ve şu anki batarya iç direncini formül kullanarak hesaplar.

Bu ölçüm yöntemi yüksek doğruluğa sahiptir; uygun bir şekilde kontrol edilirse, ölçüm doğruluğu hatası% 0.1 içinde kontrol edilebilir.

Bununla birlikte, bu yöntemin açık dezavantajları vardır:

(1)Sadece büyük kapasiteli bataryaları veya akülatörleri ölçebilir; küçük kapasiteli bataryalar 2-3 saniye içinde 40A ila 80A büyük bir akıma dayanamıyor.

(2)Büyük bir akım aküden geçerken, akü içindeki elektrotlar kutuplaşmaya maruz kalır, bu da kutuplaşma iç direnci oluşturur.ölçüm süresi çok kısa olmalıdır.Aksi takdirde, ölçülen iç direnç değeri büyük bir yanlışa sahip olacaktır.

(3)Pilden geçen büyük bir akım, pilin içindeki elektrotlara bazı hasar verebilir.

2. AC Voltaj Düşüşü İç Direniş Ölçüm Yöntemi

Bir pil esasen aktif bir dirençle eşdeğer olduğu için, sabit bir frekans ve sabit akım uyguluyoruz.Genellikle 1 kHz frekans ve 50 mA küçük akım kullanılır)Düzeltme ve filtreleme gibi bir dizi işleme adımından sonra,Bataryanın iç direnç değeri, işlevsel bir güçlendirici devresinden hesaplanır.AC voltaj düşüşü iç direnç ölçüm yöntemi kullanılarak batarya ölçüm süresi son derece kısa, genellikle yaklaşık 100 milisaniyedir.

Bu ölçüm yöntemi de iyi bir doğruluğa sahiptir ve ölçüm doğruluğu hatası genellikle% 1 ila% 2 arasındadır.

Bu yöntemin avantajları ve dezavantajları:

(1) AC gerilim düşüşü iç direnç ölçüm yöntemi, küçük kapasiteli piller de dahil olmak üzere hemen hemen tüm pilleri ölçebilir.Bu yöntem genellikle dizüstü bilgisayar pil hücrelerinin iç direncini ölçmek için kullanılır.

(2) AC voltaj düşüşü ölçüm yönteminin ölçüm doğruluğu dalgalanma akımı tarafından etkilenebilir ve aynı zamanda harmonik akım müdahalesi olasılığı vardır.Bu, ölçüm cihazı devresinin müdahale karşıtı yeteneğinin bir testidir..

(3) Bu yöntem, bataryaya önemli ölçüde zarar vermez.

(4) AC gerilim düşüşü ölçüm yönteminin ölçüm doğruluğu, DC boşaltma iç direnç ölçüm yönteminden daha iyi değildir.