Phát hiện bí mật của kháng cự bên trong pin lithium: Các yếu tố ảnh hưởng chính và các giải pháp tối ưu hóa

Chống điện bên trong là sức đề kháng mà dòng chảy qua pin lithium gặp phải trong quá trình hoạt động.nó có thể được chia thành kháng cự nội bộ AC và kháng cự nội bộ DCChống bên trong pin là một thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của pin lithium-ion.gây ra nhiệt độ pin tăng, dẫn đến giảm điện áp xả và rút ngắn thời gian xả, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất pin và tuổi thọ.Chống bên trong cũng là một thông số quan trọng cần xem xét trong các thử nghiệm hiệu suất điện hóa của pin lithiumBài viết này sẽ chia sẻ các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở trong pin lithium, xem xét các vật liệu và quy trình sản xuất pin lithium.

Nói chung, điện trở trong pin được chia thành điện trở ohmic và điện trở phân cực.và kháng tiếp xúc của các thành phần khác nhau. Kháng phân cực đề cập đếnkháng cựgây ra bởi phân cực trong các phản ứng điện hóa, bao gồm kháng phân cực điện hóa và kháng phân cực nồng độ.Chống ohm của pin được xác định bởi tổng dẫn của pin, trong khi kháng phân cực được xác định bởi hệ số khuếch tán pha rắn của ion lithium trong vật liệu hoạt động điện cực.

I. Chống Ohmic

Chống Ohm chủ yếu được chia thành ba phần: trở ngại ion, trở ngại điện tử và trở ngại tiếp xúc.cần phải có các biện pháp cụ thể để giảm ba thành phần kháng cự ohmic này.

1. Kháng ion

Kháng điện ion của pin lithium đề cập đến sức đề kháng mà các ion lithium gặp phải trong quá trình chuyển đổi trong pin.tốc độ di cư của ion lithium và tốc độ dẫn điện tử đóng vai trò quan trọng như nhau. Khống chế ion chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các vật liệu điện cực dương và âm, phân tách và chất điện phân. Để giảm khống chế ion, các điểm sau đây nên được giải quyết:

Đảm bảo độ ướt tốt giữa vật liệu điện cực dương và âm và chất điện giải.

Khi thiết kế các tấm điện cực, một mật độ nén phù hợp nên được chọn.tăng trở kháng ionĐối với tấm điện cực âm, nếu bộ phim SEI hình thành trên bề mặt của vật liệu hoạt động trong lần sạc và xả đầu tiên quá dày, nó cũng sẽ làm tăng trở ngại ion.Điều này đòi hỏi phải điều chỉnh quá trình hình thành pin để giải quyết vấn đề.

 2 Ảnh hưởng của chất điện giải

Các chất điện giải phải có nồng độ, độ nhớt và độ dẫn điện thích hợp.Đồng thời, chất điện giải cần có nồng độ thấp; nồng độ quá cao cũng gây hại cho dòng chảy và ướt của nó.Tính dẫn điện của chất điện phân là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến trở ngại ion, vì nó xác định di cư ion.

3 Ảnh hưởng của bộ tách trên trở kháng ion

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến điện trở ion trong bộ tách bao gồm: phân bố chất điện phân trong bộ tách, khu vực của bộ tách, độ dày, kích thước lỗ chân lông, độ xốp và độ xoắn.Đối với bộ tách gốm, cũng cần thiết để ngăn chặn các hạt gốm chặn các lỗ chân lông phân tách, điều này sẽ cản trở việc đi qua ion.không nên có dư thừa chất điện giải còn lại bên trong nó, điều này sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng chất điện giải.

2. Kháng điện tử

Kháng điện tử bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và có thể cải thiện từ các khía cạnh như vật liệu và quy trình sản xuất.

1 Bảng điện cực dương và âm

Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở điện tử của tấm điện cực dương và âm chủ yếu bao gồm: tiếp xúc giữa vật liệu hoạt động và bộ thu điện,Các tính chất của chất hoạt chất, và các thông số tấm điện cực. vật liệu hoạt động cần phải được tiếp xúc đầy đủ với bề mặt thu thập hiện tại,có thể được xem xét từ các chất nền đồng và nhôm của bộ sưu tập dòng điện và sự dính của các chất lỏng điện cực dương và âmĐộ xốp của chính vật liệu hoạt động, các sản phẩm phụ trên bề mặt hạt và trộn không đồng đều với chất dẫn đều có thể gây ra những thay đổi trong trở kháng điện tử.Các thông số của tấm điện cực, chẳng hạn như mật độ vật liệu hoạt động thấp, dẫn đến khoảng cách giữa các hạt lớn, không thuận lợi cho sự dẫn điện tử.

2 Máy tách

Các yếu tố ảnh hưởng đến trở ngại điện tử của bộ tách chủ yếu bao gồm: độ dày của bộ tách, độ xốp và các sản phẩm phụ trong quá trình sạc và xả.Sau khi tháo bỏ pin, một lớp chất nâu dày thường được tìm thấy trên bộ tách, bao gồm điện cực âm graphit và các sản phẩm phụ phản ứng của nó.Điều này có thể gây tắc lỗ phân tách và giảm tuổi thọ pin.

3 Lớp thu điện hiện tại

Vật liệu, độ dày, chiều rộng của bộ thu điện và tiếp xúc của nó với các tab điện cực đều ảnh hưởng đến trở kháng điện tử.Bộ sưu tập hiện tại cần phải được làm bằng một chất nền không oxy hóa và không thụ độngNếu không, nó sẽ ảnh hưởng đến trở kháng.

3. Khống chế tiếp xúc

Kháng tiếp xúc được hình thành tại vị trí tiếp xúc giữa tấm đồng / nhôm và vật liệu hoạt động,và sự dính của các electrode tích cực và âm nhựa cần được chú ý đặc biệt.

II. Đường phân cực Cự kháng bên trong

Khi dòng chảy qua điện cực, hiện tượng tiềm năng điện cực lệch khỏi tiềm năng điện cực cân bằng được gọi là phân cực điện cực.Sự phân cực bao gồm phân cực ohmic, phân cực điện hóa học và phân cực nồng độ, như được hiển thị trong hình bên dưới.Chống phân cực đề cập đến sức đề kháng bên trong gây ra bởi phân cực trong phản ứng điện hóa giữa các điện cực dương và âm của pinNó có thể phản ánh sự nhất quán của cấu trúc bên trong pin, nhưng do ảnh hưởng của hoạt động và phương pháp, nó không phù hợp để sử dụng trong sản xuất.Phản kháng bên trong phân cực không liên tụcNó liên tục thay đổi theo thời gian trong quá trình sạc và xả vì thành phần của chất hoạt chất, nồng độ chất điện giải và nhiệt độ liên tục thay đổi.Chống âm trong của Ohm tuân theo luật của Ohm, và kháng cự phân cực tăng theo mật độ dòng điện, nhưng không tuyến tính. Nó thường tăng theo tuyến tính với logarit của mật độ dòng điện.

Nói chung, điện trở nội bộ DC của pin bằng với tổng điện trở nội bộ phân cực và điện trở nội bộ ohmic.Việc đo kháng cự nội bộ DC là rất quan trọngNhiều yếu tố ảnh hưởng đến kháng cự nội tại phân cực, chẳng hạn như tốc độ sạc và xả, nhiệt độ môi trường, trạng thái SOC và nồng độ chất điện phân.

III. Phương pháp đo kháng cự bên trong pin hiện đang được sử dụng trong ngành công nghiệp

Trong các ứng dụng công nghiệp, việc đo chính xác kháng cự bên trong pin được thực hiện bằng các thiết bị chuyên dụng.Các phương pháp đo kháng cự bên trong pin chính được sử dụng trong ngành là như sau::

1Phương pháp đo kháng cự bên trong xả DC

Theo công thức vật lý R = U / I, thiết bị thử nghiệm buộc một dòng DC cố định lớn (hiện tại thường là 40A đến 80A) qua pin trong một thời gian ngắn (thường là 2-3 giây),đo điện áp trên pin tại thời điểm này, và tính toán điện trở điện tích hiện tại bằng công thức.

Phương pháp đo này có độ chính xác cao; nếu kiểm soát đúng cách, sai số đo có thể được kiểm soát trong phạm vi 0,1%.

Tuy nhiên, phương pháp này có những nhược điểm rõ ràng:

(1)Nó chỉ có thể đo pin hoặc pin dung lượng lớn; pin dung lượng nhỏ không thể chịu được dòng điện lớn từ 40A đến 80A trong vòng 2-3 giây;

(2)Khi một dòng điện lớn đi qua pin, các điện cực bên trong pin sẽ trải qua phân cực, tạo ra kháng cự phân cực bên trong.thời gian đo phải rất ngắnNếu không, giá trị kháng cự bên trong đo sẽ có sai số lớn;

(3)Một dòng điện lớn đi qua pin có thể gây ra một số thiệt hại cho các điện cực bên trong pin.

2. Phương pháp đo giảm điện áp AC kháng cự bên trong

Bởi vì một pin về cơ bản tương đương với một kháng cự hoạt động, chúng tôi áp dụng một tần số cố định và dòng điện cố định cho pin (hiện tại,tần số 1 kHz và dòng điện nhỏ 50 mA thường được sử dụng)Sau một loạt các bước xử lý như chỉnh sửa và lọc,giá trị kháng cự bên trong của pin được tính bằng mạch khuếch đại hoạt độngThời gian đo pin sử dụng phương pháp đo điện áp giảm điện tích xoay là cực kỳ ngắn, thường khoảng 100 mili giây.

Phương pháp đo này cũng có độ chính xác tốt, với sai số độ chính xác đo thường là từ 1% đến 2%.

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này:

(1) Phương pháp đo kháng cự bên trong giảm điện áp biến đổi có thể đo gần như tất cả các pin, bao gồm cả pin dung lượng nhỏ.Phương pháp này thường được sử dụng để đo kháng cự bên trong của pin máy tính xách tay.

(2) Độ chính xác đo của phương pháp đo giảm điện áp AC có thể bị ảnh hưởng bởi dòng sóng và cũng có khả năng can thiệp dòng hài hòa.Đây là một thử nghiệm về khả năng chống nhiễu của mạch thiết bị đo.

(3) Phương pháp này không gây ra thiệt hại đáng kể cho pin.

(4) Độ chính xác đo của phương pháp đo giảm điện áp AC không tốt như phương pháp đo kháng cự nội bộ xả DC.