Как уменьшить внутреннее сопротивление в литий-ионных аккумуляторах: практическое руководство

Факторы, влияющие на внутреннее сопротивление батареи, включают ионное сопротивление, электронное сопротивление и контактное сопротивление:

1. Ионное сопротивление:

проводимость электролита, пористость электродов, пористость диафрагмы и т. д.;

(1) Неправильная формулировка электролита (например, слишком низкая концентрация литиевой соли, несбалансированное соотношение растворителей) или увеличение вязкости при низких температурах могут снизить скорость миграции ионов. Слишком малое количество электролита также может привести к плохому контакту между активным материалом и электролитом, что увеличивает внутреннее сопротивление.

(2) Плотность уплотнения электрода слишком высока. Сильное уплотнение снижает пористость электрода и ограничивает проникновение электролита. ( О том, насколько электрод уплотнен чрезмерно, можно судить по его хрупкости, с помощью электронного микроскопа можно проверить, не поврежден ли материал, а также оценить пористость электрода. Пористость электрода является важным показателем, определяющим количество и скорость поглощения электродом жидкости, что напрямую влияет на эффективность аккумулятора. )

(3) Низкая пористость диафрагмы или чрезмерная толщина могут увеличивать сопротивление миграции ионов лития. Загрязнение или старение диафрагмы, засорение пор примесями или высокие температуры, вызывающие сжатие/плавление диафрагмы, могут препятствовать транспортировке ионов. ( Пористость диафрагмы является важным показателем при испытании физических свойств диафрагмы .)

2. Электронное сопротивление:

удельное сопротивление электрода, толщина токосъемника и др.;

(1) Материалы положительного/отрицательного электродов обладают плохой электропроводностью. Например, собственная электропроводность материала положительного электрода фосфата лития-железа (LiFePO₄) низкая. Если он недостаточно покрыт углеродом или не легирован и модифицирован, сопротивление переносу электронов возрастет.

(2) Слишком большой размер частиц материала электрода удлинит путь диффузии ионов лития; недостаточная пористость будет препятствовать проникновению электролита и увеличит сопротивление миграции ионов.

(3) Недостаточное количество или неравномерное распределение проводящих добавок (например, сажи) приводит к неполному формированию сети электронной проводимости внутри электрода. Вышеуказанные факторы, включая качество материала, плотность уплотнения, дозировку проводящих добавок и выбор токосъемника, в конечном итоге проявляются в электродной фольге. Производители литиевых батарей обычно проверяют сопротивление электродной фольги для определения внутреннего сопротивления.

3. Сопротивление контакта:

сварка между активным материалом и токосъемником, а также между токосъемником и выводом

(1) Внутреннее контактное сопротивление между активным материалом и токосъемником велико, в общем случае можно использовать медно-алюминиевую фольгу с угольным покрытием для повышения проводимости.

(2) Сварка вывода и токосъемника (например, алюминиевой/медной фольги) недостаточно прочная, что увеличивает контактное сопротивление.

(3) Внутреннее давление в элементе питания слишком низкое (плохой контакт) или слишком высокое (деформация диафрагмы), что влияет на внутреннее сопротивление. Причины высокого внутреннего сопротивления литиевых аккумуляторов охватывают множество аспектов, таких как материалы, технология производства, условия эксплуатации и старение.

4. Как уменьшить внутреннее сопротивление?

Можно рассмотреть следующие аспекты:

(1) Оптимизация материалов: выбор электродных материалов с высокой проводимостью и рациональный дизайн пористой структуры.

（2）Улучшить процесс: обеспечить равномерное покрытие электродов, контролировать плотность уплотнения и оптимизировать качество сварки.

（3）Корректировка электролита: использовать формулу с высокой электропроводностью, подходящую для широкого температурного диапазона.

（4）Избегать неправильного использования: предотвращать перезарядку/переразрядку, хранение при высокой температуре, а также контролировать допустимые скорости зарядки и разрядки.