عوامل اصلی که بر مقاومت داخلی باتری لیتیوم تاثیر می گذارند

با استفاده از باتری لیتیوم، عملکرد باتری به طور مداوم کاهش می یابد، که عمدتا به عنوان کاهش ظرفیت، افزایش مقاومت داخلی، کاهش قدرت و غیره نشان داده می شود.تغییر مقاومت داخلی باتری تحت تاثیر دمای، عمق تخلیه و سایر شرایط استفاده. بنابراین، این مقاله عمدتاً عوامل تأثیرگذار بر مقاومت داخلی باتری را از جنبه های طراحی ساختار باتری،عملکرد مواد اولیه، شرایط فرآیند و استفاده.

تاثیر طراحی ساختاری

در طراحی ساختار باتری، علاوه بر نایت کردن و جوشکاری ساختار خود باتری، تعداداندازه و موقعیت گوش قطب باتری به طور مستقیم بر مقاومت داخلی باتری تاثیر می گذاردتا حدی، افزایش تعداد گوش های قطبی می تواند به طور موثر مقاومت داخلی باتری را کاهش دهد. موقعیت گوش قطبی نیز می تواند بر مقاومت داخلی باتری تأثیر بگذارد.موقعیت قطب گوش در سر صفحه الکترود مثبت و منفی بزرگترین مقاومت داخلی دارد، و در مقایسه با باتری کویل، باتری لایه بندی شده معادل ده ها باتری کوچک موازی است و مقاومت داخلی آن کوچکتر است.

تاثیر مواد اولیه بر عملکرد

مواد فعال الکترود مثبت و منفی

ماده کاتود در باتری لیتیوم سمت ذخیره سازی لی است که بیشتر عملکرد باتری لیتیوم را تعیین می کند.مواد کاتود عمدتا ظرفیت رسانایی الکترون بین ذرات را از طریق پوشش و دوپینگ بهبود می بخشدبه عنوان مثال، پس از دوپینگ با Ni، قدرت پی-او پیوند افزایش می یابد، ساختار LiFePO4 / C پایدار می شود، و حجم سلول کریستالی بهینه می شود،که می تواند به طور موثر مانع انتقال بار مواد کاتود را کاهش دهد.

و تجزیه و تحلیل شبیه سازی از مدل اتصال حرارتی الکتروشیمی نشان می دهد که افزایش بزرگ قطبی شدن فعال سازی، به خصوص قطبی شدن الکترودی منفی،علت اصلی قطبی شدن جدی استکاهش اندازه ذرات الکترود منفی می تواند به طور موثر قطبی کردن فعال سازی الکترود منفی را تا 45٪ کاهش دهد وقتی که اندازه ذرات الکترود منفی فاز جامد به نصف کاهش یابد.بنابرایناز نظر طراحی باتری، بهبود مواد الکترود مثبت و منفی نیز ضروری است.

2. راننده

گرافیت و سیاه کربن به دلیل عملکرد خوب خود در زمینه باتری لیتیوم به طور گسترده ای استفاده می شوند.عملکرد نسبت باتری الکترود مثبت با افزودن ماده رسانا سیاه کربن بهتر است.، زیرا عامل رسانای گرافیت دارای یک مورفولوژی ذرات ورق است ، که باعث می شود ضریب پیچیدگی منافذ در زیر نسبت بزرگ باشد ،که آسان به نظر می رسد پدیده است که Li فرآیند انتشار فاز مایع محدود ظرفیت تخلیهباتری با CNTs مقاومت داخلی کمتری دارد، زیرا در مقایسه با گرافیت / سیاه کربن و نقطه تماس مواد فعال،نانولوله فیبرسی کربن در تماس مستقیم با ماده فعال است.، که می تواند مانع رابط باتری را کاهش دهد.

سه بار آب خوردن

کاهش مقاومت رابط بین کلکتور مایع و ماده فعال و بهبود قدرت پیوند بین آنها یک وسیله مهم برای بهبود عملکرد باتری لیتیوم است.پوشش کربن رسانا بر روی سطح ورق آلومینیوم و درمان کرونا ورق آلومینیوم می تواند به طور موثر مانع رابط باتری را کاهش دهددر مقایسه با ورق آلومینیوم معمولی، استفاده از ورق آلومینیوم پوشش داده شده با کربن می تواند مقاومت داخلی باتری را حدود 65٪ کاهش دهد.و می تواند افزایش باتری را در فرآیند استفاده کاهش دهد.

مقاومت داخلی AC ورق آلومینیومی درمان شده با کرونا می تواند حدود 20٪ کاهش یابد. در محدوده 20٪ ~ 90٪ SOC که معمولاً استفاده می شود،مقاومت داخلی DC کوچک است و افزایش به تدریج با افزایش عمق تخلیه کوچکتر است.

4 دیافراگم

هدایت یون در داخل باتری بستگی به انتشار یون های لیتیوم در الکترولیت از طریق منافذ دیافراگم دارد.ظرفیت جذب رطوبت دیافراگم کلید ایجاد یک کانال جریان یون خوب استهنگامی که دیافراگم جذب مایع بالاتر و ساختار متخلخل دارد، می تواند رسانایی را بهبود بخشد، مانع باتری را کاهش دهد و عملکرد چندگانه باتری را بهبود بخشد.در مقایسه با غشای پایه معمولی، دیافراگم سرامیکی و دیافراگم پوشش داده شده نه تنها می تواند مقاومت در برابر انقباض دیافراگم در دمای بالا را به طور قابل توجهی بهبود بخشد،اما همچنین باعث افزایش جذب مایعات و ظرفیت مرطوب کردن دیافراگم می شود.اضافه کردن پوشش سرامیکی SiO2 بر روی دیافراگم PP می تواند حجم جذب مایع دیافراگم را 17٪ افزایش دهد.رنگ آمیزی 1 متر از PVDF-HFP بر روی دیافراگم کامپوزیت PP / PE باعث افزایش آسپرات دیافراگم از 70٪ به 82٪ شد، و مقاومت داخلی سلول بیش از 20 درصد کاهش یافت.

تاثیر عوامل فرآیند

1 پالپ

یکنواخت بودن پراکندگی خمیر در هنگام بسته شدن خمیر بر این تاثیر دارد که آیا عامل رسانا می تواند به طور مساوی در ماده فعال و در تماس نزدیک با آن پراکنده شود،که مربوط به مقاومت داخلی باتری است.با افزایش سرعت پراکندگی، یکنواخت پراکندگی خمیر را می توان بهبود بخشید و مقاومت داخلی باتری کوچکتر خواهد بود.یکنواخت توزیع عامل رسانا در الکترود می تواند بهبود یابد و قطبی سازی الکتروشیمی.

2 تو پارچه

چگالي صورت يکي از پارامترهاي اصلي طراحي باتري استافزایش تراکم یک طرفه به طور قطع طول کل مایع و دیافراگم را کاهش می دهد.، و مقاومت داخلی اوهمی باتری کاهش می یابد. بنابراین، در یک محدوده خاص، مقاومت داخلی باتری با افزایش تراکم سطح کاهش می یابد.در طول پوشش و خشک کردن، مهاجرت مولکول های حلال به شدت با دمای کوره مرتبط است، که به طور مستقیم بر توزیع مواد اتصال دهنده و عامل رسانا در الکترود تأثیر می گذارد.و سپس بر شکل گیری شبکه رسانا در داخل الکترود تاثیر می گذاردبنابراین، دمای پوشش و خشک کردن نیز یک فرآیند مهم برای بهینه سازی عملکرد باتری است.

3 فشار رول

تا حدی مقاومت داخلی باتری با افزایش تراکم فشرده سازی کاهش می یابد، زیرا تراکم فشرده سازی افزایش می یابد،فاصله بین ذرات مواد اولیه کاهش می یابد، هرچه تماس بیشتر بین ذرات، پل و کانال های رسانا بیشتر باشد، مقاومت باتری کاهش می یابد. کنترل تراکم فشرده سازی عمدتاً با ضخامت رول حاصل می شود.ضخامت فشار رولر متفاوت تاثیر زیادی بر مقاومت داخلی باتری داردهنگامی که ضخامت فشار رول بزرگ است، مقاومت تماس بین ماده فعال و مایع جمع آوری افزایش می یابد، زیرا مواد فعال نمی توانند به طور محکم به پایین حرکت کنند.و مقاومت داخلی باتری افزایش می یابدو سطح الکترود مثبت باتری با ضخامت فشار رول بزرگ پس از چرخه باتری ایجاد ترک،که مقاومت تماس بین سطح فعال صفحه الکترود و کلکتور مایع را افزایش می دهد.

4زمان گردش ورق قطبی

زمان نگه داشتن متفاوت بر مقاومت داخلی صفحه مثبت تاثیر می گذارد.مقاومت داخلی باتری به تدریج به دلیل تأثیر پوشش کربن لیتیوم فوسفات آهن افزایش می یابد.هنگامی که زمان نگه داشتن طولانی تر است (بیش از 23 ساعت) ، واکنش لیتیوم فوسفات آهن و آب و پیوند چسب به طور قابل توجهی افزایش می یابد.زمان گردش ورق قطب باید به شدت در تولید واقعی کنترل شود.

5 تزریق

رسانایی یونی الکترولیت، مقاومت داخلی و ویژگی های چندگانه باتری را تعیین می کند.رسانایی الکترولیت معکوس متناسب با محدوده لزگی حلال است، و همچنین تحت تاثیر غلظت نمک لیتیوم و اندازه آنیان قرار می گیرد. علاوه بر بهینه سازی رسانایی،مقدار تزریق مایع و زمان نفوذ پس از تزریق مایع نیز به طور مستقیم بر مقاومت داخلی باتری تأثیر می گذارد.مقدار کمتری از تزریق مایع یا زمان نفوذ ناکافی باعث مقاومت داخلی بزرگ باتری می شود، بنابراین بر ظرفیت باتری تاثیر می گذارد.

استفاده از اثرات شرط

۱ درجه حرارت

اثر دما بر اندازه مقاومت داخلی واضح است، هرچه دمای پایین تر باشد، انتقال یون در داخل باتری کندتر می شود.هرچه مقاومت داخلی باتری بیشتر باشدمقاومت باتری را می توان به مقاومت فاز بدن، مقاومت غشا SEI و مقاومت انتقال بار تقسیم کرد.موانع فاز بدن و موانع غشای SEI عمدتا تحت تاثیر رسانایی یون الکترولیت قرار می گیرند، و روند تغییر در دمای پایین با روند تغییر رسانایی الکترولیت سازگار است.در مقایسه با افزایش مقاومت فاز بدن و مقاومت غشا SEI در دمای پایین، مقاومت واکنش شارژ با افزایش دمای پایین بیشتر است.نسبت مقاومت واکنش شارژ به کل مقاومت داخلی باتری تقریبا به 100٪ می رسد..

2 SOC

هنگامی که باتری در SOC های مختلف است، اندازه مقاومت داخلی یکسان نیست، به ویژه مقاومت dc به طور مستقیم بر عملکرد قدرت باتری تاثیر می گذارد،نشان دهنده عملکرد باتری در حالت واقعی: مقاومت دی سی باتری لیتیوم با افزایش عمق تخلیه باتری DOD افزایش می یابد، در 10٪ ~ 80٪ از اندازه مقاومت فاصله تخلیه اساسا بدون تغییر،به طور کلی در عمق تخلیه عمیق مقاومت داخلی به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

3 ذخیره سازی

با افزایش زمان ذخیره سازی باتری لیتیوم یون، باتری همچنان پیر می شود و مقاومت داخلی آن به طور مداوم افزایش می یابد.انواع مختلف باتری های لیتیوم دارای درجه های مختلفی از تغییر مقاومت داخلی هستندپس از یک دوره نگهداری طولانی 9-10 ماه، نرخ افزایش مقاومت داخلی باتری های LFP بالاتر از باتری های NCA و NCM است.نرخ افزایش مقاومت داخلی با زمان ذخیره سازی مرتبط است، دمای ذخیره سازی و ذخیره سازی SOC. Stroe et al. رابطه بین باتری های LFP / C را برای 24 تا 36 ماه اندازه گیری کرد (به شرح زیر):

به طور خاص، درجه حرارت در K، SOC در درصد، و زمان در ماه.

4 عود

چه در ذخیره سازی و چه در گردش، تاثیر دمای بر مقاومت داخلی باتری ثابت است، هرچه دمای چرخه بالاتر باشد، میزان افزایش مقاومت داخلی بیشتر است.فواصل چرخه های مختلف اثرات متفاوتی بر مقاومت داخلی باتری دارندمقاومت داخلی باتری با افزایش عمق شارژ و تخلیه افزایش می یابد.و افزایش مقاومت داخلی متناسب با تقویت بار و عمق تخلیه است.

علاوه بر تأثیر عمق شارژ و تخلیه، ولتاژ شارژ نیز تحت تاثیر قرار می گیرد: محدودیت ولتاژ شارژ بیش از حد پایین یا بیش از حد بالا باعث می شود که مانع رابط الکترود،زنگ که باتري LFP / C در چرخه ولتاژ شارژ بهینه 3 است.9~4.3V، آزمایشات نشان داد که ولتاژ محدودیت بسیار پایین نمی تواند فیلم پاسیویشن را تشکیل دهد،و محدودیت ولتاژ بیش از حد بالا منجر به الکترولیت در LiFePO4 الکترود سطح اکسیداسیون تجزیه محصول رسانایی پایین خواهد شد.

5 دیگر

باتری لیتیوم خودرو به طور اجتناب ناپذیر شرایط جاده ای ضعیف را در کاربرد عملی تجربه می کند،اما این مطالعه نشان داده است که محیط لرزش باتری لیتیوم در فرآیند استفاده تقریبا هیچ تاثیری بر مقاومت داخلی باتری لیتیوم ندارد.

مقاومت داخلی یک پارامتر مهم برای اندازه گیری عملکرد قدرت یون لیتیوم و ارزیابی عمر باتری است.هرچه عملکرد چندگانه باتری بدتر باشدمقاومت داخلی مربوط به ساختار باتری، ویژگی های مواد باتری و فرآیند تولید است.و تغییرات با دمای محیط و حالت شارژبنابراین توسعه باتری با مقاومت داخلی پایین کلید بهبود عملکرد انرژی باتری است.و از اهمیت عملی زیادی برای تسلط بر قانون تغییر مقاومت عمر باتری داخلی است