Структура внутреннего сопротивления литий-ионной батареи и влияние характеристик сырья

При использовании литий-ионных аккумуляторов производительность аккумуляторов продолжает снижаться, что в основном проявляется в снижении емкости, увеличении внутреннего сопротивления, падении мощности и т. д. На изменение внутреннего сопротивления аккумуляторов влияют различные условия, такие как температура и разрядка. глубина. Таким образом, в этой статье в основном объясняются факторы, влияющие на внутреннее сопротивление батарей, с точки зрения конструкции батареи и характеристик исходных материалов.

Ⅰ. Влияние конструкции литий-ионного аккумулятора

В конструкции аккумуляторной батареи помимо клепки и сварки самой аккумуляторной конструкции количество, размер и положение выступов аккумуляторной батареи напрямую влияют на внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи. В определенной степени увеличение количества контактов может эффективно уменьшить внутреннее сопротивление батареи. Положение выступов также может влиять на внутреннее сопротивление батареи. Внутреннее сопротивление спиральной батареи с положением язычка в головке положительного и отрицательного электродов является наибольшим. По сравнению со спиральной батареей ламинированная батарея эквивалентна десяткам маленьких батарей. При параллельном подключении внутреннее сопротивление меньше.

Ⅱ. Производительность сырья для литий-ионных аккумуляторов

<р>1. Положительные и отрицательные активные материалы

Материалы положительного электрода в литиевых батареях представляют собой оксиды и фосфиды переходных металлов, содержащие литий, такие как LiCoO2, LiFePO4 и т. д., которые определяют рабочие характеристики литиевых батарей. Материалы положительного электрода в основном улучшают электронную проводимость между частицами за счет покрытия и легирования. Например, после легирования Ni повышается прочность связи P-O, стабилизируется структура LiFePO4/C, оптимизируется объем элементарной ячейки и может быть эффективно снижено сопротивление переносу заряда материала положительного электрода.< р>

Согласно имитационному анализу модели электрохимической тепловой связи, в условиях высокоскоростного разряда активационная поляризация, особенно значительное увеличение активационной поляризации отрицательного электрода, является основной причиной сильной поляризации. Уменьшение размера частиц отрицательного электрода может эффективно уменьшить активационную поляризацию отрицательного электрода. Когда размер частиц твердой фазы отрицательного электрода уменьшается вдвое, активационная поляризация может быть снижена на 45%. Поэтому, что касается конструкции литий-ионных аккумуляторов, исследования по улучшению самих материалов положительного и отрицательного электродов также имеют важное значение.

<р>2. Проводящий агент

Графит и сажа широко используются в области литий-ионных аккумуляторов благодаря их хорошим свойствам. По сравнению с проводящими агентами на основе графита производительность батареи при добавлении проводящих агентов на основе сажи к положительному электроду лучше, потому что проводящие агенты на основе графита имеют чешуйчатую форму частиц, что вызывает значительное увеличение коэффициента извилистости пор при большом увеличении и склонен к диффузии Li в жидкой фазе. Явление заключается в том, что процесс ограничивает разрядную емкость.

Внутреннее сопротивление батареи с добавлением УНТ меньше, потому что по сравнению с точечным контактом между графитом/сажей и активным материалом волокнистая углеродная нанотрубка и активный материал находятся в прямом контакте, что может снизить импеданс интерфейса аккумулятор.

<р>3. Токосъемник

Уменьшение сопротивления интерфейса между токосъемником и активным материалом и повышение прочности связи между ними являются важными средствами повышения производительности литиевых батарей. Нанесение проводящего углеродного покрытия на поверхность алюминиевой фольги и обработка алюминиевой фольги коронным разрядом могут эффективно снизить межфазное сопротивление батареи. По сравнению с обычной алюминиевой фольгой использование алюминиевой фольги с углеродным покрытием может снизить внутреннее сопротивление батареи примерно на 65% и уменьшить увеличение внутреннего сопротивления литий-ионной батареи во время использования.

Внутреннее сопротивление переменного тока обработанной коронным разрядом алюминиевой фольги может быть уменьшено примерно на 20 %. В обычно используемом диапазоне от 20% до 90% SOC общее внутреннее сопротивление постоянному току относительно невелико, и увеличение постепенно уменьшается с увеличением глубины разряда.

<р>4. Разделитель батареи

Ионная проводимость внутри аккумулятора зависит от диффузии ионов лития в электролите через поры сепаратора. Поглощение жидкости и смачивающая способность сепаратора являются ключом к формированию хорошего канала потока ионов. Когда сепаратор имеет более высокую скорость поглощения жидкости и пористую структуру, его можно улучшить. Проводимость снижает импеданс батареи и повышает производительность батареи.

По сравнению с обычными базовыми сепараторами, керамические сепараторы и сепараторы с резиновым покрытием могут не только значительно улучшить стойкость сепаратора к усадке при высоких температурах, но также улучшить абсорбцию жидкости и смачивающую способность сепаратора. Добавление керамического покрытия SiO2 к сепаратору из полипропилена может увеличить объем поглощаемой сепаратором жидкости на 17%. Покрытие 1 мкм PVDF-HFP на композитном сепараторе PP/PE увеличивает скорость поглощения жидкости сепаратором с 70% до 82%, а внутреннее сопротивление ячейки снижается более чем на 20%.