Faktor utama yang mempengaruhi resistensi internal baterai lithium

Dengan penggunaan baterai lithium, kinerja baterai terus menurun, terutama terwujud sebagai kerusakan kapasitas, peningkatan resistensi internal, penurunan daya, dll.perubahan resistensi internal baterai dipengaruhi oleh suhuOleh karena itu, makalah ini terutama menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi resistensi internal baterai dari aspek desain struktur baterai,Kinerja bahan baku, proses proses dan kondisi penggunaan.

Dampak desain struktural

Dalam desain struktur baterai, di samping pengikat dan pengelasan struktur baterai itu sendiri, jumlah,ukuran dan posisi telinga tiang baterai secara langsung mempengaruhi resistensi internal baterai.Hingga batas tertentu, meningkatkan jumlah telinga kutub dapat secara efektif mengurangi resistensi internal baterai. Posisi telinga kutub juga dapat mempengaruhi resistensi internal baterai.Posisi telinga tiang di kepala plat elektroda positif dan negatif memiliki resistensi internal terbesar, dan dibandingkan dengan baterai koil, baterai berlapis setara dengan lusinan baterai kecil secara paralel, dan resistensi internalnya lebih kecil.

Dampak kinerja bahan baku

1 Bahan aktif elektroda positif dan negatif

Bahan katode dalam baterai lithium adalah sisi penyimpanan Li, yang lebih menentukan kinerja baterai lithium.Bahan katode terutama meningkatkan kapasitas konduksi elektron antara partikel melalui lapisan dan dopingMisalnya, setelah doping dengan Ni, kekuatan ikatan P-O ditingkatkan, struktur LiFePO4 / C stabil, dan volume sel kristal dioptimalkan,yang dapat secara efektif mengurangi impedansi transfer muatan dari bahan katode.

Dan analisis simulasi dari model kopling termal elektrokimia menunjukkan bahwa peningkatan besar polarisasi aktivasi, terutama polarisasi aktivasi elektroda negatif,adalah alasan utama dari polarisasi seriusMengurangi ukuran partikel elektroda negatif dapat secara efektif mengurangi polarisasi aktivasi elektroda negatif sebesar 45% ketika ukuran partikel fase padat elektroda negatif berkurang setengah.Oleh karena itu, dalam hal desain baterai, peningkatan bahan elektroda positif dan negatif itu sendiri juga penting.

2Konduktor

Grafit dan hitam karbon banyak digunakan dalam bidang baterai lithium karena performa yang baik.kinerja rasio baterai dari elektroda positif ditambahkan zat konduktif karbon hitam lebih baik, karena agen konduktif grafit memiliki morfologi partikel lembaran, menyebabkan koefisien penggulung pori di bawah rasio besar,yang mudah muncul fenomena bahwa proses difusi fase cair Li membatasi kapasitas pelepasan. Baterai dengan CNTs memiliki resistensi internal yang lebih rendah, karena dibandingkan dengan grafit / karbon hitam dan titik kontak bahan aktif,Serat karbon nanotube bersentuhan langsung dengan bahan aktif, yang dapat mengurangi impedansi antarmuka baterai.

Tiga episode cairan

Mengurangi resistensi antarmuka antara kolektor cairan dan bahan aktif dan meningkatkan kekuatan ikatan antara keduanya adalah cara penting untuk meningkatkan kinerja baterai lithium.Lapisan karbon konduktif pada permukaan foil aluminium dan perawatan corona foil aluminium dapat secara efektif mengurangi impedansi antarmuka bateraiDibandingkan dengan foil aluminium biasa, penggunaan foil aluminium berlapis karbon dapat mengurangi resistensi internal baterai sekitar 65%,dan dapat mengurangi peningkatan baterai dalam proses penggunaan.

Resistensi internal AC foil aluminium yang diobati dengan corona dapat dikurangi sekitar 20%. Dalam kisaran 20% ~ 90% SOC yang umum digunakan,resistensi internal DC kecil dan peningkatan secara bertahap lebih kecil dengan peningkatan kedalaman pelepasan.

4 Diafragma

Konduktivitas ion di dalam baterai tergantung pada difusi ion Li di elektrolit melalui pori-pori diafragma.Kapasitas penyerapan kelembaban diafragma adalah kunci untuk membentuk saluran aliran ion yang baikKetika diafragma memiliki penyerapan cairan yang lebih tinggi dan struktur berlubang, dapat meningkatkan konduktivitas, mengurangi impedansi baterai dan meningkatkan kinerja pengganda baterai.Dibandingkan dengan membran dasar biasa, diafragma keramik dan diafragma berlapis tidak hanya dapat sangat meningkatkan ketahanan penyusutan suhu tinggi diafragma,tetapi juga meningkatkan penyerapan cairan dan pembasmian kapasitas diafragmaMenambahkan lapisan keramik SiO2 pada diafragma PP dapat meningkatkan volume penyerapan cairan diafragma sebesar 17%.Mewarnai 1 m PVDF-HFP pada PP / PE komposit diafragma meningkatkan diafragma aspirat dari 70% menjadi 82%, dan resistensi internal sel menurun lebih dari 20%.

Dampak dari faktor proses

1 Pulpa

Persamaan dispersi bubur selama penutupan bubur mempengaruhi apakah agen konduktif dapat didistribusikan secara merata dalam zat aktif dan bersentuhan erat dengannya,yang berhubungan dengan resistensi internal bateraiDengan meningkatkan dispersi kecepatan tinggi, keseragaman dispersi bubur dapat ditingkatkan, dan semakin kecil resistensi internal baterai akan menjadi.Persamaan distribusi agen konduktif di elektroda dapat ditingkatkan dan polarisasi elektrokimia.

2 Tu kain

Ketumpatan wajah adalah salah satu parameter kunci desain baterai.Meningkatkan kepadatan satu sisi yang sangat terikat untuk mengurangi total panjang cairan dan diafragmaOleh karena itu, dalam kisaran tertentu, resistensi internal baterai berkurang dengan peningkatan kepadatan permukaan.Selama lapisan dan pengeringan, migrasi molekul pelarut terkait erat dengan suhu oven, yang secara langsung mempengaruhi distribusi pengikat dan agen konduktif di elektroda,dan kemudian mempengaruhi pembentukan kisi konduktif di dalam elektrodaOleh karena itu, suhu lapisan dan pengeringan juga merupakan proses penting untuk mengoptimalkan kinerja baterai.

3 Tekanan gulungan

Sampai batas tertentu, resistensi internal baterai berkurang seiring dengan peningkatan kepadatan kompaksi, karena kepadatan kompaksi meningkat,jarak antara partikel bahan baku berkurang, semakin banyak kontak antara partikel, semakin konduktif jembatan dan saluran, impedansi baterai menurun. Kontrol kepadatan kompak terutama dicapai oleh ketebalan roller.Ketebalan tekanan roller yang berbeda memiliki dampak besar pada resistensi internal bateraiKetika ketebalan tekanan rol besar, resistensi kontak antara zat aktif dan cairan pengumpul meningkat karena bahan aktif tidak dapat bergulir dengan erat,dan resistensi internal baterai meningkatDan permukaan elektroda positif baterai dengan ketebalan tekanan roller besar setelah siklus baterai menghasilkan retakan,yang akan lebih meningkatkan ketahanan kontak antara surfaktan dari plat elektroda dan kolektor cairan.

4. Waktu perputaran lembaran kutub

Waktu yang berbeda memegang mempengaruhi resistensi internal dari plat positif.resistensi internal baterai meningkat perlahan karena pengaruh lapisan karbon lithium iron phosphateKetika waktu tahan lebih lama (lebih dari 23 jam), reaksi lithium iron phosphate dan air dan ikatan perekat meningkat secara signifikan.waktu perputaran lembaran tiang harus dikontrol secara ketat dalam produksi yang sebenarnya.

5 Injeksi

Konduktivitas ion elektrolit menentukan resistensi internal dan karakteristik pengganda baterai.Konduktivitas elektrolit berproporsi terbalik dengan kisaran viskositas pelarut, dan juga dipengaruhi oleh konsentrasi garam lithium dan ukuran anion.jumlah injeksi cairan dan waktu infiltrasi setelah injeksi cairan juga secara langsung mempengaruhi resistensi internal bateraiJumlah injeksi cairan yang lebih sedikit atau waktu infiltrasi yang tidak cukup akan menyebabkan resistensi internal baterai yang besar, sehingga mempengaruhi kapasitas baterai.

Gunakan efek kondisi

1 suhu

Efek suhu pada ukuran resistensi internal jelas, semakin rendah suhu, semakin lambat transmisi ion di dalam baterai,semakin besar resistensi internal bateraiImpedansi baterai dapat dibagi menjadi impedansi fase tubuh, impedansi membran SEI dan impedansi transfer muatan.Impedansi fase tubuh dan impedansi membran SEI terutama dipengaruhi oleh konduktivitas ion elektrolit, dan tren perubahan pada suhu rendah konsisten dengan tren perubahan konduktivitas elektrolit.Dibandingkan dengan peningkatan impedansi fase tubuh dan ketahanan membran SEI pada suhu rendah, impedansi reaksi muatan lebih signifikan dengan peningkatan penurunan suhu.proporsi impedansi reaksi muatan dalam total resistensi internal baterai mencapai hampir 100%.

2 SOC

Ketika baterai berada dalam SOC yang berbeda, ukuran resistensi internal tidak sama, terutama resistensi DC secara langsung mempengaruhi kinerja daya baterai,yang mencerminkan kinerja baterai dalam keadaan aktual: resistensi DC baterai lithium meningkat dengan peningkatan kedalaman debit baterai DOD, dalam 10% ~ 80% dari ukuran resistensi interval debit pada dasarnya tidak berubah,umumnya dalam kedalaman pembuangan dalaman resistensi meningkat secara signifikan.

3 Penyimpanan

Dengan meningkatnya waktu penyimpanan baterai lithium-ion, baterai terus tua, dan resistensi internalnya terus meningkat.Berbagai jenis baterai lithium memiliki tingkat perubahan resistensi internal yang berbeda.Setelah jangka waktu penyimpanan panjang 9-10 bulan, tingkat peningkatan resistensi internal baterai LFP lebih tinggi daripada baterai NCA dan NCM.Tingkat peningkatan resistensi internal terkait dengan waktu penyimpananStroe et al. mengukur hubungan antara baterai LFP / C selama 24 sampai 36 bulan (sebagai berikut):

Secara khusus, suhu dalam K, SOC dalam persentase, dan waktu dalam bulan.

4 kekambuhan

Baik dalam penyimpanan atau sirkulasi, dampak suhu pada resistensi internal baterai konsisten, semakin tinggi suhu siklus, semakin besar laju peningkatan resistensi internal.Interval siklus yang berbeda memiliki efek yang berbeda pada resistensi internal bateraiResistensi internal baterai meningkat dengan peningkatan kedalaman muatan dan pelepasan,dan peningkatan resistensi internal sebanding dengan penguatan muatan dan debit kedalaman.

Selain pengaruh muatan dan debit kedalaman, tegangan pengisian juga terpengaruh: terlalu rendah atau terlalu tinggi batas tegangan pengisian akan membuat impedansi antarmuka elektroda,Zheng bahwa baterai LFP / C dalam siklus tegangan pengisian optimal adalah 3.9 ~ 4.3V, percobaan menemukan bahwa tegangan batas yang terlalu rendah tidak dapat membentuk film pasivasi,dan batas tegangan yang terlalu tinggi akan menyebabkan elektrolit di LiFePO4 elektroda permukaan oksidasi dekomposisi produk konduktivitas rendah.

5 lainnya

Baterai lithium kendaraan pasti akan mengalami kondisi jalan yang buruk dalam aplikasi praktis,tapi penelitian telah menemukan bahwa lingkungan getaran baterai lithium dalam proses aplikasi hampir tidak memiliki dampak pada resistensi internal baterai lithium.

Resistensi internal adalah parameter penting untuk mengukur kinerja daya ion lithium dan mengevaluasi umur baterai.semakin buruk kinerja pengganda baterai, dan semakin cepat meningkat dalam penyimpanan dan daur ulang. Resistensi internal terkait dengan struktur baterai, karakteristik bahan baterai dan proses manufaktur,dan perubahan dengan suhu lingkungan dan keadaan muatanOleh karena itu, pengembangan baterai resistensi internal rendah adalah kunci untuk meningkatkan kinerja daya baterai,dan sangat penting untuk menguasai hukum perubahan resistensi baterai internal