Как да намалим вътрешното съпротивление в литиево-йонни батерии: Практическо ръководство

Факторите, които влияят на вътрешното съпротивление на батерията, включват йонно съпротивление, електронно съпротивление и контактно съпротивление:

1.Йонно съпротивление:

проводимост на електролита, порьозност на електродите, порьозност на диафрагмата и др.;

(1) Неправилна формулировка на електролита (напр. твърде ниска концентрация на литиева сол, нерационално съотношение на разтворителя) или увеличена вискозност при ниски температури може да намали скоростта на миграция на йоните. Твърде малко електролит също може да доведе до лош контакт между активните материали и електролита, което увеличава вътрешното съпротивление.

(2) Плътността на електродите е твърде висока. Твърде голяма плътност намалява порьозността на електродите и ограничава проникването на електролита. ( Дали електродът е прекомерно компактен, може да се определи чрез наблюдение дали електродът е крехък, използване на електронен микроскоп, за да се провери дали материала е счупен, и изчисляване на порьозността на електрода. Порьозността на електрода е важен индикатор за определяне на количеството и скоростта на абсорбиране на течност от електрода, което директно влияе на производителността на батерията. )

(3) Ниска порьозност на диафрагмата или прекомерна дебелина могат да увеличат съпротивлението на литиевите йони. Загрязняване или стареене на диафрагмата, примеси, които запушват порите, или високи температури, които причиняват свиване/топене на диафрагмата, могат да затруднят йонния транспорт. ( Порьозността на диафрагмата е важен индикатор при изпитването на физичните свойства на диафрагмата .)

2. Електронно съпротивление:

уделно съпротивление на електрода, дебелина на токопроводящия колектор и др.;

(1) Материалите за положителния/отрицателния електрод имат лоша електропроводимост. Например, вродената проводимост на материала за положителния електрод литиево-желязен фосфат (LiFePO₄) е ниска. Ако не е напълно покрит с въглерод или легиран и модифициран, съпротивлението на преноса на електрони ще се увеличи.

(2) Твърде голямата големина на частиците на електродния материал ще удължи дифузионния път на йоните на литий; недостатъчната порьозност ще затрудни проникването на електролита и ще увеличи съпротивлението на йонния пренос.

(3) Недостатъчно количество или неравномерно разпределени проводящи агенти (като сажди) водят до непълна електронна проводяща мрежа в електрода. Гореспоменатите фактори, включително качеството на материала, плътността на компактиране, дозата на проводящия агент и избора на токопроводяща основа, в крайна сметка се проявяват в електродния лист. Компаниите за литиеви батерии обикновено измерват съпротивлението на електродния лист, за да определят вътрешното съпротивление.

3. Съпротивление на контакта:

заваряване между активния материал и токопроводящия колектор и между токопроводящия колектор и таб.

(1) Вътрешното контактно съпротивление между активния материал и токопроводящия колектор е голямо, като обикновено може да се използва фолио от мед-алуминий с въглеродно покритие, за да се увеличи проводимостта.

(2) Заваряването между таба и токопроводящия колектор (например алуминиево/медно фолио) не е добро, което увеличава контактното съпротивление.

(3) Вътрешното налягане в клетката на батерията е твърде ниско (лош контакт) или твърде високо (деформация на диафрагмата), което ще повлияе на вътрешното съпротивление. Причините за високото вътрешно съпротивление на литиевите батерии засягат много аспекти като материали, производствените процеси, условията на употреба и стареенето.

4. Как да се намали вътрешното съпротивление?

Можете да разгледате следните аспекти:

(1) Оптимизация на материала: избор на високо проводими електродни материали и рационално проектиране на структурата на порите.

(2) Подобряване на процеса: осигуряване на равномерно покритие на електродите, контрол на плътността на компактиране и оптимизация на качеството на заварката.

(3) Регулиране на електролита: Използване на формула с висока проводимост, подходяща за широк температурен диапазон.

(4) Избягване на неправилна употреба: Предотвратяване на прекомерно зареждане/разреждане, съхранение при висока температура и контрол на разумни скорости на зареждане и разреждане.