العوامل الرئيسية التي تؤثر على المقاومة الداخلية لبطارية الليثيوم

مع استخدام بطارية الليثيوم ، يتدهور أداء البطارية باستمرار ، ويتجلى بشكل رئيسي في تدهور السعة ، وزيادة المقاومة الداخلية ، وانخفاض الطاقة ، إلخ.يتأثر تغير المقاومة الداخلية للبطارية بالحرارة، عمق التفريغ و ظروف الاستخدام الأخرى. لذلك، فإن هذه الورقة تعرض بشكل رئيسي العوامل التي تؤثر على المقاومة الداخلية للبطارية من جوانب تصميم هيكل البطارية،أداء المواد الخام، معالجة العملية وظروف الاستخدام.

تأثير التصميم الهيكلي

في تصميم هيكل البطارية، بالإضافة إلى ربط وتلحين هيكل البطارية نفسها،حجم وموقع أذن قطب البطارية تؤثر مباشرة على المقاومة الداخلية للبطاريةإلى حد ما، زيادة عدد الأذنين القطبية يمكن أن تقلل بفعالية المقاومة الداخلية للبطارية. يمكن أن يؤثر وضع الأذنين القطبية أيضا على المقاومة الداخلية للبطارية.موقف الأذن القطب في رأس لوحة الأقطاب الإيجابية والسلبية لديها أكبر مقاومة داخلية، وبالمقارنة مع بطارية الملف، والبطارية المصفوفة تعادل عشرات البطاريات الصغيرة بالتوازي، ومقاومتها الداخلية أصغر.

تأثير المواد الخام على الأداء

1 المواد النشطة في الأقطاب الإيجابية والسلبية

مادة الكاثود في بطارية الليثيوم هي جانب التخزين الليثيوم، والذي يحدد أكثر أداء بطارية الليثيوم.مادة الكاثود تحسن بشكل رئيسي القدرة على توصيل الإلكترونات بين الجسيمات من خلال الطلاء والتعاطيعلى سبيل المثال، بعد الدوبينغ مع الني، يتم تعزيز قوة ربط P-O، وتثبيت هيكل LiFePO4 / C، ويتم تحسين حجم الخلية البلورية،والتي يمكن أن تقلل بفعالية من معوقة نقل الشحنة من مادة الكاثود.

و تحليل المحاكاة لنموذج الارتباط الحراري الكهروكيماوي يظهر أن الزيادة الكبيرة في استقطاب التنشيطهو السبب الرئيسي للاستقطاب الخطير.تخفيض حجم جسيمات الإلكترود السلبي يمكن أن يقلل بشكل فعال من استقطاب تنشيط الإلكترود السلبي بنسبة 45% عندما ينخفض حجم جسيمات الإلكترود السلبي في المرحلة الصلبة إلى النصف.لذلك، من حيث تصميم البطارية ، فإن تحسين مادة الأقطاب الإيجابية والسلبية نفسها أمر ضروري أيضًا.

2قائد الطاقم

يستخدم الجرافيت والكربون الأسود على نطاق واسع في مجال بطارية الليثيوم بسبب أدائها الجيد.أداء نسبة البطارية من الأقطاب الكهربائية الإيجابية إضافة كربون أسود عامل موصل أفضل، لأن الجهاز الموصل للجرافيت لديه تشكيل جزيئات ورق ، مما يؤدي إلى معامل التلف المسام تحت النسبة الكبيرة ،والتي تظهر بسهولة ظاهرة أن عملية الانتشار في المرحلة السائلة لي يحد من قدرة التفريغبطارية مع CNTs لديها مقاومة داخلية أقل، لأنه مقارنة مع الجرافيت / الكربون الأسود والمواد النشطة نقطة الاتصال،أن أنبوب الكربون النانوي الليفي يلامس المادة النشطة، والتي يمكن أن تقلل من عائق الواجهة من البطارية.

ثلاث نوبات من السوائل

إن تقليل مقاومة الواجهة بين جهاز جمع السوائل والمواد النشطة وتحسين قوة الربط بينهما هو وسيلة مهمة لتحسين أداء بطارية الليثيوم.الطلاء الكربوني الموصل على سطح ورق الألومنيوم ومعالجة التاج من ورق الألومنيوم يمكن أن تقلل بشكل فعال من عائق الواجهة من البطارية. بالمقارنة مع ورق الألومنيوم العادي ، يمكن استخدام ورق الألومنيوم المغلف بالكربون أن يقلل من المقاومة الداخلية للبطارية بنحو 65% ،ويمكن أن تقلل من زيادة البطارية في عملية الاستخدام.

يمكن تقليل المقاومة الداخلية للاتجاه المتردد من ورق الألومنيوم المعالجة بالكورونا بنحو 20٪ في نطاق 20٪ ~ 90٪ SOC المستخدمة عادة ،المقاومة الداخلية لـ DC صغيرة والزيادة تصبح أصغر تدريجيا مع زيادة عمق التفريغ.

4 الحجاب الحاجز

التوصيل الأيوني داخل البطارية يعتمد على انتشار أيونات الليثيوم في المادة الكهربائية من خلال مسام الحجاب الحاجز.القدرة على امتصاص الرطوبة من الحجاب الحاجز هو مفتاح لتشكيل قناة تدفق أيونات جيدةعندما يكون لدى الحجاب الحاجز امتصاص سائل أعلى وهيكل مسام، فإنه يمكن أن يحسن من الموصلة، وتقليل عائق البطارية وتحسين أداء مضاعف البطارية.بالمقارنة مع الغشاء الأساسي العادي، الحجاب الحاجز السيراميكي والحجاب الحاجز المغلف يمكن أن لا تحسن فقط إلى حد كبير مقاومة الانكماش في درجة حرارة عالية من الحجاب الحاجز،ولكن أيضا تحسين امتصاص السوائل والقدرة الرطبة من الحجاب الحاجزإضافة طبقة السيراميك SiO2 على الحجاب الحاجز PP يمكن أن تزيد من حجم امتصاص السائل في الحجاب الحاجز بنسبة 17%.طلاء 1 متر من PVDF-HFP على الحجاب الحاجز المركب PP / PE زاد من طموح الحجاب الحاجز من 70٪ إلى 82٪، وانخفضت المقاومة الداخلية للخلية بأكثر من 20%

تأثير عوامل العملية

1 اللحوم

يؤثر التوحيد في تشتت السماد أثناء إغلاق السماد على ما إذا كان يمكن أن يتشتت العامل الموصل بشكل متساو في المادة الفعالة وفي اتصال وثيق معها ،والذي يرتبط بالمقاومة الداخلية للبطاريةمن خلال زيادة التشتت السريع، يمكن تحسين توحيد تشتت السماد، وكلما كانت المقاومة الداخلية للبطارية أصغر.يمكن تحسين تكافؤ توزيع الوكيل الموصل في الأقطاب الكهربائية ويمكن تحسين الاستقطاب الكهروكيماوي.

2 طن من القماش

كثافة الوجه هي واحدة من المعلمات الرئيسية لتصميم البطاريةزيادة الكثافة أحادية الجانب للغاية هو ملزمة لتقليل الطول الإجمالي للسائل والحجاب الحاجز، وسيتم تقليل المقاومة الداخلية الأوهمية للبطارية. لذلك ، ضمن نطاق معين ، فإن المقاومة الداخلية للبطارية تنخفض مع زيادة كثافة السطح.أثناء الطلاء والتجفيف، هجرة جزيئات المذيب ترتبط ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة الفرن ، والتي تؤثر بشكل مباشر على توزيع اللاصق والمواد الموصلة في الأقطاب الكهربائية ،ومن ثم يؤثر على تشكيل شبكة موصلة داخل الكهرباءولذلك، فإن درجة حرارة الطلاء والتجفيف هي أيضا عملية مهمة لتحسين أداء البطارية.

3 ضغط التدحرج

إلى حد ما، المقاومة الداخلية للبطارية تنخفض مع زيادة كثافة الضغط، لأن كثافة الضغط تزداد،المسافة بين جزيئات المواد الخام تقل، كلما زاد الاتصال بين الجسيمات ، كلما زاد الجسر والقنوات الموصلة ، انخفض عائق البطارية. يتم التحكم في كثافة الضغط بشكل رئيسي بواسطة سمك الدوار.الاختلاف في سمك ضغط العجلة له تأثير كبير على المقاومة الداخلية للبطاريةعندما تكون سمك ضغط العجلة كبيرة، فإن مقاومة الاتصال بين المادة الفعالة وسائل التجمع تزداد بسبب فشل المادة الفعالة في التدحرج بشكل جيد.والمقاومة الداخلية للبطارية تزداد.والسطح من البطارية الكهرباء الإيجابية مع ضخامة ضغط عجلة كبيرة بعد دورة البطارية تنتج الشقوق،والذي سيزيد من مقاومة الاتصال بين عامل السطح في لوحة الأقطاب الكهربائية وجمع السائل.

4وقت تحول الصفائح القطبية

وقت الاحتفاظ المختلف يؤثر على المقاومة الداخلية لللوحة الإيجابية عندما يكون وقت الاحتفاظ أقصرالمقاومة الداخلية للبطارية تزداد ببطء بسبب تأثير غطاء الكربون من فوسفات الحديد الليثيومعندما يكون وقت الاحتفاظ أطول (أكثر من 23 ساعة) ، فإن تفاعل فوسفات الحديد الليثيوم والماء والربط بين الملصق يزداد بشكل كبير.يجب أن يتم السيطرة على وقت دوران ورقة القطب بدقة في الإنتاج الفعلي.

5 الحقن

موصلة الأيونات من الالكتروليت تحدد المقاومة الداخلية وخصائص مضاعفة البطارية.موصلة الالكتروليت متناسبة عكسيا مع نطاق اللزوجة للمذيب، ويتأثر أيضا بتركيز ملح الليثيوم وحجم الأنيون. بالإضافة إلى تحسين الموصلات،كمية حقن السائل ووقت التسلل بعد حقن السائل يؤثران مباشرة على المقاومة الداخلية للبطاريةكمية أقل من حقن السائل أو وقت التسلل غير الكافي سيؤدي إلى مقاومة داخلية كبيرة للبطارية ، مما يؤثر على سعة البطارية.

استخدام تأثيرات الشروط

1 درجة حرارة

تأثير درجة الحرارة على حجم المقاومة الداخلية واضح، كلما انخفضت درجة الحرارة، كلما تباطأ انتقال الأيونات داخل البطارية،كلما زادت المقاومة الداخلية للبطاريةيمكن تقسيم عائق البطارية إلى عائق مرحلة الجسم، عائق غشاء SEI وعائق نقل الشحن.عائق المرحلة الجسدية وعائق غشاء SEI تتأثر بشكل رئيسي بالقيادة الأيونية للكهربائي، وتتفق اتجاه التغير في درجة حرارة منخفضة مع اتجاه تغير موصلة الإلكتروليت.مقارنة بزيادة عائق المرحلة الجسدية ومقاومة غشاء SEI في درجة حرارة منخفضة، عائق رد الفعل الشحنة هو أكثر أهمية مع زيادة انخفاض درجة الحرارة. تحت 20 درجة مئوية،نسبة عائق رد فعل الشحن في المقاومة الداخلية الكلية للبطارية تصل إلى ما يقرب من 100٪.

2 SOC

عندما تكون البطارية في SOC مختلفة ، فإن حجم المقاومة الداخلية ليس هو نفسه ، وخاصة المقاومة المستمرة يؤثر بشكل مباشر على أداء الطاقة للبطارية ،تعكس أداء البطارية في الحالة الفعلية: مقاومة البطارية الليثيوم DC تزداد مع زيادة عمق تفريغ البطارية DOD، في 10٪ ~ 80٪ من حجم مقاومة فترة الفراغ دون تغيير أساسا،عموما في عمق التفريغ عمق المقاومة الداخلية زادت بشكل كبير.

3 التخزين

مع زيادة وقت تخزين بطارية ليثيوم أيون، تبقى البطارية تتقدم في السن، وتزداد مقاومة داخلها باستمرار.أنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم لديها درجات مختلفة من تغير المقاومة الداخليةبعد فترة تخزين طويلة مدتها 9-10 أشهر ، فإن معدل زيادة المقاومة الداخلية لبطاريات LFP أعلى من بطاريات NCA و NCM.معدل زيادة المقاومة الداخلية مرتبط بوقت التخزين، درجة حرارة التخزين و SOC التخزين. سترو et al. حددت العلاقة بين بطاريات LFP / C لمدة 24 إلى 36 شهرًا (كما يلي):

على وجه التحديد، درجة الحرارة في K، SOC في النسبة المئوية، والوقت في الأشهر.

4 تكرار

سواء في التخزين أو التداول ، فإن تأثير درجة الحرارة على المقاومة الداخلية للبطارية ثابت ، كلما ارتفعت درجة حرارة الدورة ، زاد معدل زيادة المقاومة الداخلية.فترات الدورة المختلفة لها آثار مختلفة على المقاومة الداخلية للبطاريةالمقاومة الداخلية للبطارية تزداد مع تحسن عمق الشحن والفراغوزيادة المقاومة الداخلية متناسبة مع تعزيز عمق الشحن والفراغ.

بالإضافة إلى تأثير عمق الشحن والفراغ ، يؤثر أيضا على فولتاج الشحن: حد فولتاج الشحن منخفض جدا أو مرتفع جدا سيجعل عائق واجهة الإلكترود ،زينغ أن بطارية LFP / C في دورة من الجهد الشحن المثالي هو 3.9 ~ 4.3 فولت ، وجدت التجارب أن الجهد الحد الأدنى المنخفض جدا لا يمكن أن تشكل فيلم السلبية ،وسوف يؤدي حد الجهد المرتفع جدا إلى الكهربائي في LiFePO4 الكترود السطح أكسدة تحلل منتج التوصيل المنخفض.

5 غيرها

بطارية الليثيوم للسيارات ستواجه حتما ظروف طريق سيئة في التطبيق العملي،ولكن وجدت الدراسة أن بيئة الاهتزاز من بطارية الليثيوم في عملية التطبيق لديها أي تأثير تقريبا على المقاومة الداخلية من بطارية الليثيوم.

المقاومة الداخلية هي معيار مهم لقياس أداء طاقة أيون الليثيوم وتقييم عمر البطاريةأسوأ أداء مضاعف البطارية، وكلما زادت بسرعة في التخزين وإعادة التدوير. المقاومة الداخلية مرتبطة بتركيب البطارية وخصائص مواد البطارية وعملية التصنيع.وتغيرات مع درجة حرارة البيئة وحالة الشحنلذا فإن تطوير بطارية منخفضة المقاومة الداخلية هو المفتاح لتحسين أداء طاقة البطاريةومن الأهمية العملية الكبيرة لإتقان قانون تغيير مقاومة بطارية الداخلية