Porozmawiaj o wewnętrznym oporze baterii litowej z teorią i produkcją

Opór wewnętrzny to opór baterii litowej, gdy prąd przepływa przez baterię. Zgodnie z metodą badawczą można go podzielić na rezystancję wewnętrzną AC i rezystancję wewnętrzną DC. Rezystancja wewnętrzna akumulatora jest ważnym parametrem określającym jakość akumulatorów litowo-jonowych. Duży opór wewnętrzny akumulatora będzie generował dużą ilość ciepła w dżulach i spowoduje wzrost temperatury akumulatora, co spowoduje zmniejszenie napięcia roboczego rozładowania akumulatora, skrócenie czasu rozładowania oraz wpływ na wydajność i żywotność akumulatora. Spowodować poważny wpływ. Opór wewnętrzny jest również ważnym parametrem w teście służącym do weryfikacji właściwości elektrochemicznych baterii litowych. Połącz materiały i procesy baterii litowych, aby podzielić się z Tobą czynnikami wpływającymi na rezystancję wewnętrzną baterii litowych.

Ogólnie rzecz biorąc, rezystancja wewnętrzna baterii jest podzielona na rezystancję wewnętrzną omową i rezystancję wewnętrzną polaryzacji. Omowy opór wewnętrzny składa się z materiału elektrody, elektrolitu, rezystancji membrany i rezystancji stykowej różnych części. Opór wewnętrzny polaryzacji odnosi się do oporu spowodowanego polaryzacją podczas reakcji elektrochemicznej, w tym rezystancji wewnętrznej polaryzacji elektrochemicznej i oporu wewnętrznego polaryzacji stężeniowej. Omową rezystancję wewnętrzną baterii określa całkowita przewodność baterii, a wewnętrzna rezystancja polaryzacji baterii jest określana przez współczynnik dyfuzji jonów litu w fazie stałej w materiale aktywnym elektrody.

rezystancja omowa

Opór omowy dzieli się głównie na trzy części, jedna to oporność jonowa, druga to rezystancja elektroniczna, a trzecia to rezystancja styku. Mamy nadzieję, że rezystancja wewnętrzna baterii litowej jest jak najmniejsza, dlatego musimy podjąć określone kroki w celu zmniejszenia rezystancji wewnętrznej omowej dla tych trzech elementów.

1. Impedancja jonów

Odporność na jony baterii litowej odnosi się do rezystancji jonów litu w baterii. W baterii litowej prędkość migracji jonów litu i prędkość przewodzenia elektronów odgrywają równie ważną rolę, a na oporność jonów wpływają głównie materiały elektrody dodatniej i ujemnej, separator i elektrolit. Aby zmniejszyć impedancję jonową, musisz wykonać następujące czynności:

① Upewnij się, że materiały dodatnie i ujemne oraz elektrolit mają dobrą zwilżalność.

Podczas projektowania nabiegunnika konieczne jest dobranie odpowiedniej gęstości zagęszczenia. Jeśli gęstość zagęszczenia jest zbyt duża, infiltracja elektrolitu nie jest łatwa, co zwiększa odporność na jony. W przypadku bieguna ujemnego, jeśli warstewka SEI utworzona na powierzchni materiału aktywnego podczas pierwszego ładowania i rozładowania jest zbyt gruba, zwiększy to również odporność na jony. W tej chwili konieczne jest dostosowanie procesu formowania baterii, aby go rozwiązać.

② Wpływ elektrolitu

Elektrolit musi mieć odpowiednie stężenie, lepkość i przewodność. Zbyt duża lepkość elektrolitu nie sprzyja infiltracji między dodatnimi i ujemnymi materiałami aktywnymi. Jednocześnie elektrolit wymaga również niskiego stężenia, zbyt wysokie również nie sprzyja jego przepływowi i infiltracji. Przewodnictwo elektrolitu jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na oporność jonową, która determinuje migrację jonów.

③ Wpływ membrany na impedancję jonową

Głównymi czynnikami wpływającymi na diafragmę na oporność jonową są: rozkład elektrolitu w diafragmie, powierzchnia membrany, grubość, wielkość porów, porowatość i współczynnik krętości. W przypadku diafragmy ceramicznej konieczne jest również zapobieganie blokowaniu porów membrany przez cząsteczki ceramiczne, co nie sprzyja przechodzeniu jonów. Zapewniając pełną infiltrację elektrolitu do diafragmy, nie powinno pozostawać w niej nadmiaru elektrolitu, co obniża efektywność wykorzystania elektrolitu.

2. Impedancja elektroniczna

Istnieje wiele czynników wpływających na impedancję elektroniczną, które można poprawić pod względem takich aspektów, jak materiały i procesy.

①Płyty biegunów dodatnich i ujemnych

Głównymi czynnikami wpływającymi na impedancję elektroniczną dodatnich i ujemnych płyt są: kontakt między materiałem aktywnym a kolektorem prądu, czynniki samego materiału aktywnego oraz parametry płytki. Materiał aktywny powinien w pełni stykać się z powierzchnią kolektora prądu, co można rozpatrywać na podstawie folii miedzianej kolektora prądu, materiału bazowego folii aluminiowej oraz przyczepności pasty dodatniej i ujemnej elektrody. Porowatość samego żywego materiału, produkty uboczne na powierzchni cząstek i nierównomierne zmieszanie z czynnikiem przewodzącym mogą powodować zmiany impedancji elektronicznej. Parametry płyty biegunowej, takie jak gęstość materii żywej, są zbyt małe, szczelina między cząstkami jest zbyt duża, co nie sprzyja przewodzeniu elektronów.

② Membrana

Głównymi czynnikami wpływającymi na impedancję elektroniczną membrany są: grubość membrany, porowatość oraz produkty uboczne w procesie ładowania i rozładowywania. Pierwsze dwa są łatwe do zrozumienia. Po demontażu baterii na separatorze często znajduje się gruba warstwa brązowego materiału, w tym grafitowa elektroda ujemna i jej produkty uboczne reakcji, które blokują otwór separatora i skracają żywotność baterii.

③ Podłoże kolektora prądu

Materiał, grubość, szerokość kolektora prądu i stopień kontaktu z wypustkami wpływają na impedancję elektroniczną. Kolektor prądu musi wybrać podłoże, które nie jest utlenione i pasywowane, w przeciwnym razie wpłynie to na impedancję. Słabe spawanie między miedzią i folią aluminiową a zakładkami również wpłynie na impedancję elektroniczną.

3. Opór styku

Rezystancja styku jest tworzona między stykiem między miedzią i folią aluminiową a materiałem aktywnym i należy zwrócić uwagę na przyczepność zawiesiny dodatniej i ujemnej.

Spolaryzowany opór wewnętrzny

Gdy prąd przepływa przez elektrody, zjawisko odchylenia potencjału elektrody od potencjału elektrody równowagi nazywane jest polaryzacją elektrody. Polaryzacja obejmuje polaryzację omową, polaryzację elektrochemiczną i polaryzację stężeniową, jak pokazano na rysunku 1. Opór polaryzacyjny odnosi się do rezystancji wewnętrznej spowodowanej polaryzacją dodatnich i ujemnych elektrod akumulatora podczas reakcji elektrochemicznej. Może odzwierciedlać wewnętrzną spójność baterii, ale nie nadaje się do produkcji ze względu na wpływ operacji i metody. Wewnętrzna rezystancja polaryzacji nie jest stała i zmienia się w czasie podczas procesu ładowania i rozładowywania. Dzieje się tak, ponieważ skład materiału aktywnego, stężenie elektrolitu i temperatura stale się zmieniają. Omowy opór wewnętrzny jest zgodny z prawem Ohma&# 39, a opór wewnętrzny polaryzacji rośnie wraz ze wzrostem gęstości prądu, ale nie jest to zależność liniowa. Często rośnie liniowo wraz ze wzrostem logarytmu gęstości prądu.

Mówiąc ogólnie, rezystancja wewnętrzna DC akumulatora jest równa sumie rezystancji wewnętrznej polaryzacji i rezystancji wewnętrznej omowej. Duże znaczenie ma pomiar rezystancji wewnętrznej DC. Istnieje wiele czynników, które wpływają na wewnętrzną rezystancję polaryzacji, takie jak szybkość ładowania i rozładowania, temperatura otoczenia, stan SOC, stężenie elektrolitu i tak dalej. Oto przykład wpływu temperatury na rezystancję wewnętrzną akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych. Ci, którzy potrzebują odpowiedniej literatury, mogą prywatnie napisać do FIRSTEK, jak pokazano na poniższym rysunku:

Aktualne metody pomiaru rezystancji wewnętrznej baterii stosowane w przemyśle

W zastosowaniach przemysłowych dokładny pomiar rezystancji wewnętrznej baterii przeprowadza się za pomocą specjalnego sprzętu. Obecnie stosowane w przemyśle metody pomiaru rezystancji wewnętrznej baterii obejmują głównie dwa:

1. Metoda pomiaru wewnętrznej rezystancji wyładowań DC

Zgodnie ze wzorem fizycznym R=U / I, sprzęt testowy zmusza akumulator do przepuszczenia dużego stałego prądu stałego w krótkim okresie czasu (zwykle 2 do 3 sekund) (obecnie powszechnie stosuje się duży prąd od 40 A do 80 A) , a akumulator jest mierzony w tym czasie Napięcie na obu końcach i oblicz aktualną rezystancję wewnętrzną akumulatora zgodnie ze wzorem.

Dokładność tej metody pomiaru jest stosunkowo wysoka. Przy odpowiedniej kontroli błąd dokładności pomiaru można kontrolować w granicach 0,1%. Ale ta metoda ma oczywiste wady:

(1) Można mierzyć tylko baterie lub akumulatory o dużej pojemności, a baterie o małej pojemności nie mogą ładować dużego prądu od 40 A do 80 A w ciągu 2 do 3 sekund;

(2) Gdy przez baterię przepływa duży prąd, elektrody wewnątrz baterii zostaną spolaryzowane, co spowoduje spolaryzowany opór wewnętrzny. Dlatego czas pomiaru musi być bardzo krótki, w przeciwnym razie zmierzona rezystancja wewnętrzna ma duży błąd;

(3) Duży prąd przepływający przez akumulator spowoduje uszkodzenie wewnętrznych elektrod akumulatora.

2. Metoda pomiaru oporu wewnętrznego spadku ciśnienia AC

Ponieważ bateria jest w rzeczywistości odpowiednikiem aktywnego rezystora, przykładamy do akumulatora stałą częstotliwość i stały prąd (obecnie zwykle stosuje się częstotliwość 1 kHz i mały prąd 50 mA), a następnie napięcie jest próbkowane, prostowane, filtrowane itp. obliczyć rezystancję wewnętrzną akumulatora przez obwód wzmacniacza operacyjnego. Czas pomiaru akumulatora metodą pomiaru rezystancji wewnętrznej spadku napięcia prądu przemiennego jest niezwykle krótki, zwykle wynosi około 100 milisekund.

Dokładność tej metody pomiaru jest również dobra, a błąd dokładności pomiaru wynosi zwykle od 1% do 2%.

Zalety i wady tej metody:

(1) Prawie wszystkie akumulatory można zmierzyć metodą pomiaru wewnętrznego spadku napięcia AC, w tym akumulatory o małej pojemności. Ta metoda jest zwykle używana do pomiaru rezystancji wewnętrznej ogniw baterii laptopa.

(2) Na dokładność pomiaru metody pomiaru spadku napięcia prądu przemiennego może mieć wpływ prąd tętnienia, istnieje również możliwość wystąpienia zakłóceń harmonicznych prądu. To jest test zdolności przeciwzakłóceniowej w obwodzie przyrządu pomiarowego

(3) Ta metoda nie spowoduje dużego uszkodzenia samej baterii.

(4) Dokładność pomiaru metody pomiaru spadku napięcia prądu przemiennego nie jest tak dobra, jak metody pomiaru wewnętrznej rezystancji wyładowania prądu stałego.