Jak zredukować opór wewnętrzny w akumulatorach litowo-jonowych: Praktyczny przewodnik

Czynniki wpływające na opór wewnętrzny baterii obejmują opór jonowy, opór elektroniczny i opór kontaktowy:

1.Opór jonowy:

przewodnictwo elektrolitu, porowatość elektrody, porowatość diafragmy itp.;

(1) Niewłaściwy skład elektrolitu (np. zbyt niskie stężenie soli litowej, nieodpowiedni stosunek rozpuszczalnika) lub zwiększenie lepkości w niskich temperaturach może obniżyć szybkość migracji jonów. Zbyt mała ilość elektrolitu może również prowadzić do słabego kontaktu między materiałem aktywnym a elektrolitem, zwiększając opór wewnętrzny.

(2) Zbyt wysoka gęstość zagęszczenia elektrody. Nadmierne zagęszczenie zmniejsza porowatość elektrody i ogranicza infiltrację elektrolitu. ( Czy elektroda jest nadmiernie skompaktowana można określić poprzez obserwację, czy elektroda jest krucha, użycie mikroskopu elektronowego do sprawdzenia, czy materiał nie jest uszkodzony oraz oszacowanie porowatości elektrody. Porowatość elektrody jest ważnym wskaźnikiem określającym ilość i szybkość absorpcji cieczy przez elektrodę, co ma bezpośredni wpływ na wydajność baterii. )

(3) Niska porowatość separatora lub jego nadmierna grubość może zwiększyć opór migracji jonów litu. Zanieczyszczenie separatora lub jego starzenie, zatykanie por przez zanieczyszczenia czy wysokie temperatury powodujące kurczenie się/stopienie separatora mogą utrudnić transport jonów. ( Porowatość separatora jest ważnym wskaźnikiem badań właściwości fizycznych separatora .)

2. Oporność elektroniczna:

oporność właściwa elektrody, grubość zbieracza prądu itp.;

(1) Materiały elektrod dodatnich/ujemnych mają złą przewodność. Na przykład, przewodność właściwa materiału elektrody dodatniej fosforanu litowo-żelazistego (LiFePO₄) jest niska. Jeżeli nie zostanie on w pełni pokryty węglem lub nie zostanie domieszkowany i modyfikowany, opór przenikania elektronów wzrośnie.

(2) Zbyt duża wielkość cząstek materiału elektrody przedłuży drogę dyfuzji jonów litu; zbyt niska porowatość utrudni przesiąknięcie elektrolitu i zwiększy opór migracji jonów.

(3) Niewystarczająca ilość lub nierównomierne rozproszenie środków przewodzących (np. sadzy) prowadzi do niekompletnego transportu elektronów wewnątrz elektrody. Wyżej wymienione czynniki, w tym jakość materiału, gęstość prasowania, dawka środka przewodzącego oraz dobór kolektora prądu, ostatecznie odzwierciedlają się na folii elektrody. Firma produkująca baterie litowe przeprowadza zazwyczaj test oporu folii elektrody w celu określenia oporu wewnętrznego.

3. Opór kontaktowy:

spawanie między materiałem aktywnym a zbieraczem prądu oraz pomiędzy zbieraczem prądu a wyprowadzeniem.

(1) Oporność wewnętrzna kontaktu pomiędzy materiałem aktywnym a zbieraczem prądu jest duża, zazwyczaj można zastosować aluminiową lub miedzianą folię powlekana węglem, aby zwiększyć przewodność.

(2) Spawanie pomiędzy wyprowadzeniem a zbieraczem prądu (np. folią aluminiową/miedzianą) nie jest wystarczająco mocne, co zwiększa oporność kontaktu.

(3) Ciśnienie wewnętrzne wewnątrz ogniwa jest zbyt niskie (zły kontakt) lub zbyt wysokie (odkształcenie separatora), co wpływa na oporność wewnętrzną. Powody wysokiej oporności wewnętrznej baterii litowych obejmują wiele aspektów, takich jak materiały, proces produkcji, warunki użytkowania i starzenie się.

4. Jak zmniejszyć oporność wewnętrzną?

Można rozważyć następujące aspekty:

(1) Optymalizacja materiałów: dobór wysoko przewodzących materiałów elektrodowych oraz racjonalne zaprojektowanie struktury porów.

(2) Ulepszyć proces: zapewnić jednolite pokrycie elektrod, kontrolować gęstość zagęszczenia oraz zoptymalizować jakość spawania.

(3) Dostosować elektrolit: zastosować formułę o wysokiej przewodności, odpowiednią dla szerokiego zakresu temperatur.

(4) Unikać nadużyć: zapobiegać przeciążaniu/przeciążaniu rozładowania, przechowywaniu w wysokiej temperaturze oraz kontrolować racjonalne prędkości ładowania i rozładowania.