Litio-ioizko baterien barne-erresistentzian eragiten duten faktoreak

Litio-ioizko baterien barne-erresistentzian eragiten duten faktoreak

Litiozko baterien erabilerarekin, haien errendimenduak behera egiten jarraitzen du, batez ere ahalmenaren gainbehera, barne-erresistentzia handitzea, potentzia gutxitzea, etab. Bateriaren barne-erresistentziaren aldaketek hainbat erabilera-baldintzek eragiten dute, hala nola tenperatura eta deskarga-sakonera. Hori dela eta, bateriaren barne-erresistentzian eragina duten faktoreak bateria-egituraren diseinuari, lehengaien errendimenduari, fabrikazio-prozesuari eta erabilera-baldintzei dagokienez landu ziren.

Erresistentzia funtzionamenduan litiozko bateria baten barrutik igarotzen den korronteak jasaten duen erresistentzia da. Normalean, litiozko baterien barne-erresistentzia barne-erresistentzia ohmikoan eta barne-erresistentzia polarizatuan banatzen da. Barne-erresistentzia ohmikoa elektrodo-materialez, elektrolitoz, diafragma-erresistentziaz eta hainbat piezen kontaktu-erresistentziaz osatuta dago. Polarizazioaren barne-erresistentzia erreakzio elektrokimikoetan polarizazioak eragindako erresistentziari dagokio, polarizazio elektrokimikoen barne-erresistentzia eta kontzentrazio-polarizazioaren barne-erresistentzia barne. Bateriaren barne-erresistentzia ohmikoa bateriaren eroankortasun osoaren arabera zehazten da, eta bateriaren polarizazio-barne-erresistentzia elektrodoaren material aktiboaren litio-ioien egoera solidoko difusio-koefizientearen arabera zehazten da.

Erresistentzia Ohmikoa

Barne-erresistentzia ohmikoa hiru zatitan banatzen da nagusiki: ioi-inpedantzia, elektroien inpedantzia eta kontaktu-inpedantzia. Espero dugu litiozko baterien barne-erresistentzia txikiagotu ahala gutxituko dela, eta, beraz, neurri zehatzak hartu behar dira hiru alderdi hauetan oinarrituta Ohmic barne-erresistentzia murrizteko.

Ioien inpedantzia

Litiozko bateria baten ioien inpedantzia bateriaren barruan litio ioien transmisioak jasaten duen erresistentziari dagokio. Litio ioien migrazio-abiadurak eta elektroi-eroapen-abiadurak garrantzi berdina dute litiozko baterietan, eta ioi-inpedantzian elektrodo positiboen eta negatiboen materialek, bereizgailuek eta elektrolitoek eragiten dute batez ere. Ioien inpedantzia murrizteko, ondo egin behar dira puntu hauek:

Ziurtatu elektrodo positibo eta negatiboko materialek eta elektrolitoek hezegarritasun ona dutela

Elektrodoa diseinatzerakoan, trinkotze-dentsitate egokia hautatzea beharrezkoa da. Trinkotze-dentsitatea handiegia bada, elektrolitoa ez da erraza da beratzen eta ioien inpedantzia handituko du. Elektrodo negatiboari dagokionez, lehen karga eta deskargan material aktiboaren gainazalean eratutako SEI filma lodiegia bada, ioien inpedantzia ere handituko da. Kasu honetan, beharrezkoa da bateria eratzeko prozesua doitzea arazoa konpontzeko.

Elektrolitoaren eragina

Elektrolitoak kontzentrazio, biskositate eta eroankortasun egokia izan behar du. Elektrolitoaren biskositatea handiegia denean, ez da onuragarria elektrodo positiboen eta negatiboen substantzia aktiboen arteko infiltraziorako. Aldi berean, elektrolitoak kontzentrazio baxuagoa ere behar du, eta hori ere desegokia da bere fluxurako eta infiltraziorako, kontzentrazioa handiegia bada. Elektrolitoaren eroankortasuna ioien inpedantzian eragiten duen faktore garrantzitsuena da, ioien migrazioa zehazten duena.

Diafragmaren eragina ioien inpedantzian

Mintzak ioien inpedantzian eragiten dituen faktore nagusiak hauek dira: elektrolitoen banaketa mintzean, mintzaren eremua, lodiera, poroen tamaina, porositatea eta tortuositate koefizientea. Zeramikazko diafragmetarako ere beharrezkoa da zeramikazko partikulek diafragmaren poroak blokeatzea saihestea, eta hori ez da ioiak igarotzeko mesedegarria. Elektrolitoak mintzean guztiz infiltratzen dela ziurtatzen duen bitartean, ez da hondar elektrolitorik geratu behar, elektrolitoaren erabileraren eraginkortasuna murriztuz.

Inpedantzia elektronikoa

Inpedantzia elektronikoa eragiten duten faktore asko daude, eta hobekuntzak egin daitezke materialak eta prozesuak bezalako alderdietatik.

Elektrodo-plakak positiboak eta negatiboak

Elektrodo-plaken positibo eta negatiboen inpedantzia elektronikoan eragiten duten faktore nagusiak hauek dira: material biziaren eta kolektorearen arteko kontaktua, material biziaren beraren faktoreak eta elektrodo-plakaren parametroak. Material biziak kolektorearen gainazalarekin kontaktu osoa izan behar du, kolektoreko kobrezko paperaren, aluminiozko paperaren substratuaren eta elektrodo positibo eta negatiboen mindaren atxikimendutik har daitekeena. Material biziaren beraren porositateak, partikulen gainazaleko azpiproduktuek eta agente eroaleekin nahaste irregularrak inpedantzia elektronikoan aldaketak eragin ditzakete. Elektrodo-plakaren parametroak, hala nola materia biziaren dentsitate baxua eta partikulen hutsune handiak, ez dira elektroi-eroalerako lagungarriak.

Bereizleak

Diafragmaren inpedantzia elektronikoan eragiten duten faktore nagusiak hauek dira: diafragmaren lodiera, porositatea eta azpiproduktuak kargatzeko eta deskargatzeko prozesuan. Lehenengo biak erraz ulertzen dira. Bateriaren zelula desmuntatu ondoren, sarritan aurkitu ohi da diafragman material marroizko geruza lodi bat dagoela, grafitozko elektrodo negatiboa eta bere erreakzio-produktuak barne, diafragmaren zuloa blokeatu eta bateriaren iraupena murrizteko.

Fluidoak biltzeko substratua

Kolektorearen eta elektrodoaren arteko materialak, lodiera, zabalera eta ukipen mailak inpedantzia elektronikoan eragin dezakete. Fluidoen bilketak oxidatu edo pasibotu ez den substratua hautatzea eskatzen du, bestela inpedantzia-tamaina eragingo du. Kobrezko aluminiozko paperaren eta elektrodo-belarrien arteko soldadura txarrak inpedantzia elektronikoa ere eragin dezake.

Kontaktu inpedantzia

Ukipen-erresistentzia kobre-aluminio-paperaren eta material biziaren kontaktuaren artean sortzen da, eta beharrezkoa da elektrodo positibo eta negatiboen itsatsiaren atxikimenduan zentratu.

Polarizazio barne erresistentzia

Korrontea elektrodotik igarotzean orekako elektrodoaren potentzialetik aldentzen den elektrodoaren potentzialaren fenomenoari elektrodoen polarizazioa deritzo. Polarizazioak polarizazio ohmikoa, polarizazio elektrokimikoa eta kontzentrazio polarizazioa barne hartzen ditu. Polarizazio-erresistentzia erreakzio elektrokimikoetan bateria baten elektrodo positibo eta negatiboen arteko polarizazioak eragindako barne-erresistentziari dagokio. Bateriaren barneko koherentzia islatu dezake, baina ez da egokia produkziorako eragiketen eta metodoen eraginagatik. Polarizazio barne-erresistentzia ez da konstantea eta etengabe aldatzen da denboran zehar karga eta deskarga prozesuan zehar. Hau da, substantzia aktiboen konposizioa, elektrolitoaren kontzentrazioa eta tenperatura etengabe aldatzen ari direlako. Barne-erresistentzia ohmikoak lege ohmikoa jarraitzen du, eta polarizazio-barne-erresistentzia handitzen da korronte-dentsitatea handitzean, baina ez da erlazio lineala. Askotan linealki handitzen da korronte-dentsitatearen logaritmoarekin.

Egitura-diseinuaren eragina

Baterien egituren diseinuan, bateriaren osagai estrukturalak errematxatzeaz eta soldatzeaz gain, bateriaren belarriaren kopuruak, tamainak, posizioak eta beste faktore batzuek zuzenean eragiten dute bateriaren barne-erresistentzia. Neurri batean, polo-belarri kopurua handitzeak bateriaren barne-erresistentzia modu eraginkorrean murrizten du. Belarri poloaren posizioak bateriaren barne-erresistentziari ere eragiten dio. Polo positibo eta negatiboko piezen buruan belarriaren posizioa duen bateria harilkatzaileak barne-erresistentzia handiena du, eta bateria bihurriarekin alderatuta, pilatutako bateria paraleloan dozenaka bateria txikiren baliokidea da eta bere barne-erresistentzia txikiagoa da. .

Lehengaien errendimenduaren eragina

Material aktibo positiboak eta negatiboak

Litiozko baterien elektrodo positiboaren materiala litioa gordetzen duena da, eta horrek bateriaren errendimendua gehiago zehazten du. Elektrodo positiboaren materialak, batez ere, partikulen arteko eroankortasun elektronikoa hobetzen du estalduraren eta dopinaren bidez. Ni-ren dopatzeak P-O loturen indarra hobetzen du, LiFePO4/C-ren egitura egonkortzen du, zelulen bolumena optimizatzen du eta elektrodo positiboaren materialaren karga-transferentzia inpedantzia eraginkortasunez murrizten du. Aktibazio-polarizazioaren gorakada nabarmena, batez ere elektrodo negatiboen aktibazio-polarizazioan, polarizazio larriaren arrazoi nagusia da. Elektrodo negatiboaren partikulen tamaina murrizteak elektrodo negatiboaren aktibazio-polarizazioa modu eraginkorrean murrizten du. Elektrodo negatiboaren partikula solidoaren tamaina erdira murrizten denean, aktibazio-polarizazioa % 45 murriztu daiteke. Hori dela eta, bateriaren diseinuari dagokionez, elektrodoen material positibo eta negatiboen hobekuntzari buruzko ikerketa ere ezinbestekoa da.

Agente eroalea

Grafitoa eta karbono beltza oso erabiliak dira litiozko baterien arloan, errendimendu bikainagatik. Grafito motako agente eroaleekin alderatuta, elektrodo positiboari karbono beltz motako agente eroaleak gehitzeak bateriaren errendimendu hobea du, grafito motako agente eroaleek partikulen morfologia bezalako maluta dutelako, eta horrek poroen tortuositate koefizientearen igoera handia eragiten du tasa handietan. eta deskarga-ahalmena mugatzen duen Li fase likidoaren difusioaren fenomenoa da. CNT gehitutako bateriak barne-erresistentzia txikiagoa du, zeren eta grafito/karbon beltzaren eta material aktiboaren arteko ukipen puntuarekin alderatuta, karbonozko nanohodi zuntzak material aktiboarekin lerroko kontaktuan daude, eta horrek bateriaren interfazearen inpedantzia murriztu dezake.

Likidoa biltzea

Kolektorearen eta material aktiboaren arteko interfaze-erresistentzia murriztea eta bien arteko lotura-indarra hobetzea baliabide garrantzitsuak dira litiozko baterien errendimendua hobetzeko. Aluminio-paperaren gainazalean karbono-estaldura eroaleak estaltzeak eta aluminio-paperaren koroa-tratamendua egiteak bateriaren interfazearen inpedantzia modu eraginkorrean murrizten du. Ohiko aluminiozko paperarekin alderatuta, karbonoz estalitako aluminiozko paperarekin bateriaren barne-erresistentzia % 65 inguru murriztu daiteke eta erabileran zehar barne-erresistentzia areagotzea murrizten du. Koroarekin tratatutako aluminiozko paperaren AC barne-erresistentzia % 20 inguru murriztu daiteke. SOC% 20 eta% 90 bitarteko erabili ohi den barrutian, DC barne-erresistentzia orokorra nahiko txikia da eta bere igoera pixkanaka murrizten da deskarga-sakonera handitzean.

Bereizleak

Bateria barruko ioi-eroapena elektrolitoaren mintz porotsuaren bidez Li ioien hedapenaren araberakoa da. Mintzaren likidoak xurgatzeko eta bustitzeko gaitasuna da ioi-fluxu kanal on bat osatzeko gakoa. Mintzak likidoen xurgapen-tasa eta egitura porotsu handiagoa duenean, eroankortasuna hobetu dezake, bateriaren inpedantzia murriztu eta bateriaren errendimendua hobetu dezake. Oinarrizko mintz arruntekin alderatuta, zeramikazko mintzek eta estalitako mintzek mintzaren tenperatura altuko uzkurtzeko erresistentzia nabarmen hobetu dezakete, baina baita likidoen xurgapena eta hezetzeko gaitasuna ere hobetu. PP mintzetan SiO2 zeramikazko estaldurak gehitzeak mintzaren likidoak xurgatzeko ahalmena %17 handitu dezake. Aplikatu 1 PP/PE mintz konposatuan μ m-ren PVDF-HFP-k mintzaren xurgapen-abiadura %70etik %82ra handitzen du, eta zelularen barne-erresistentzia %20 baino gehiago jaisten da.

Baterien barne-erresistentzian eragiten duten faktoreak fabrikazio-prozesuari eta erabilera-baldintzei dagokienez, hauek dira nagusiki:

Prozesuaren faktoreek eragina dute

Mindak

Minda nahasketan minda barreiatzearen uniformetasunak eragiten du agente eroalea material aktiboan uniformeki sakabanatu daitekeen ala ez eta harekin estuki harremanetan jartzen den, bateriaren barne-erresistentziari lotuta dagoena. Abiadura handiko dispertsioa areagotuz, minda barreiatzearen uniformetasuna hobetu daiteke, bateriaren barne-erresistentzia txikiagoa lortuz. Surfaktanteak gehituz, elektrodoan agente eroaleen banaketaren uniformetasuna hobetu daiteke eta polarizazio elektrokimikoa murriztu daiteke deskarga-tentsio mediana handitzeko.

Estaldura

Gainazalaren dentsitatea bateriaren diseinuan funtsezko parametroetako bat da. Bateriaren edukiera konstantea denean, elektrodoaren gainazaleko dentsitatea handitzeak kolektorearen eta bereizgailuaren luzera osoa murriztuko du ezinbestean, eta bateriaren barne-erresistentzia ohmikoa ere murriztuko da. Beraz, tarte jakin baten barruan, bateriaren barne-erresistentzia gutxitzen da gainazaleko dentsitatea handitzean. Estalduran eta lehortzean disolbatzaileen molekulen migrazioa eta askatzea estuki lotuta daude labearen tenperaturarekin, eta horrek zuzenean eragiten du elektrodoaren barruko itsasgarri eta agente eroaleen banaketan, eta, ondorioz, elektrodoaren barruko sare eroaleen eraketari eragiten dio. Hori dela eta, estaldura eta lehortzeko tenperatura ere prozesu garrantzitsua da bateriaren errendimendua optimizatzeko.

Arrabolaren prentsaketa

Neurri batean, bateriaren barne-erresistentzia txikitu egiten da trinkotze-dentsitatea handitzen den heinean, trinkotze-dentsitatea handitzen den heinean, lehengaien partikulen arteko distantzia txikiagotzen den heinean, partikulen arteko kontaktu handiagoa, zubi eta kanal eroaleagoak eta bateriaren inpedantzia. gutxitzen da. Trinkotze-dentsitatearen kontrola ijezketa-lodieraren bidez lortzen da batez ere. Ijezketa-lodiera desberdinek eragin handia dute baterien barne-erresistentzian. Ijezketa-lodiera handia denean, substantzia aktiboaren eta kolektorearen arteko ukipen-erresistentzia handitu egiten da substantzia aktiboaren ezintasunaren ondorioz, bateriaren barne-erresistentzia handitzen da. Eta bateriaren zikloaren ondoren, pitzadurak agertzen dira bateriaren elektrodo positiboaren gainazalean ijezketa-lodiera handiagoarekin, eta horrek elektrodoaren gainazaleko substantzia aktiboaren eta kolektorearen arteko kontaktu-erresistentzia areagotuko du.

Pole piezaren buelta-denbora

Elektrodo positiboaren apalategi-denbora ezberdinek eragin handia dute bateriaren barne-erresistentzian. Apalategi-denbora nahiko laburra da, eta bateriaren barne-erresistentzia poliki-poliki handitzen da litio burdin fosfatoaren eta litio burdin fosfatoaren gainazaleko karbono estaldura geruzaren arteko elkarrekintza dela eta; Denbora luzez erabiltzen ez denean (23 ordu baino gehiago), bateriaren barne-erresistentzia nabarmenago handitzen da litio-burdin fosfatoaren eta uraren arteko erreakzioaren efektu konbinatuaren eta itsasgarriaren lotura-efektuaren ondorioz. Hori dela eta, benetako ekoizpenean, beharrezkoa da elektrodo-plaken fakturazio-denbora zorrotz kontrolatzea.

Injekzioa

Elektrolitoaren eroankortasun ionikoak bateriaren barne-erresistentzia eta abiadura-ezaugarriak zehazten ditu. Elektrolitoaren eroankortasuna disolbatzailearen biskositate tartearekiko alderantziz proportzionala da, eta litio-gatzen kontzentrazioan eta anioien tamainan ere eragina du. Eroankortasunaren ikerketa optimizatzeaz gain, injektatutako likido kantitateak eta injekzio ondorengo beratzen denborak ere zuzenean eragiten dute bateriaren barne-erresistentzia. Injektatutako likido kopuru txiki batek edo bustitze denbora nahikorik ez izateak bateriaren barne-erresistentzia handiegia izan dezake, eta, ondorioz, bateriaren ahalmenari eragin diezaioke.

Erabilera-baldintzen eragina

Tenperatura

Tenperaturak barne-erresistentziaren tamainan duen eragina nabaria da. Zenbat eta tenperatura baxuagoa izan, orduan eta motelagoa izango da bateriaren barruko ioi-garraioa, eta bateriaren barne-erresistentzia handiagoa izango da. Baterien inpedantzia handieneko inpedantzia, SEI filmaren inpedantzia eta karga transferentziaren inpedantzian bana daiteke. Bulkaren inpedantzia eta SEI filmaren inpedantzia elektrolito ioien eroankortasunaren eragina dute nagusiki, eta tenperatura baxuetan duten aldakuntza-joera bat dator elektrolitoen eroankortasunaren aldakuntzaren joerarekin. Tenperatura baxuetan bulk inpedantzia eta SEI filmaren erresistentzia handitzearekin alderatuta, karga-erreakzio inpedantzia nabarmenago handitzen da tenperatura jaitsi ahala. -20 ℃-tik behera, karga-erreakzio inpedantziak bateriaren barne-erresistentzia osoaren ia % 100 hartzen du.

SOC

Bateria SOC desberdinean dagoenean, bere barne-erresistentzia-tamaina ere aldatzen da, batez ere DC barne-erresistentziak zuzenean eragiten du bateriaren potentzia-errendimenduan, eta horrek bateriaren benetako errendimendua islatzen du. Litiozko baterien DC barne-erresistentzia handitzen da bateriaren deskarga-sakonera DOD handitzean, eta barne-erresistentzia-tamaina, funtsean, ez da aldatzen % 10 eta % 80 arteko deskarga tartean. Orokorrean, barne-erresistentzia nabarmen handitzen da isurketa-sakonera sakonagoetan.

Biltegiratzea

Litio-ioizko baterien biltegiratze-denbora handitu ahala, bateriak zahartzen jarraitzen du eta barne-erresistentzia handitzen doa. Barne-erresistentziaren aldakuntza-maila aldatu egiten da litiozko bateria mota desberdinen artean. 9 eta 10 hilabete biltegiratu ondoren, LFP baterien barne erresistentzia handitzeko tasa NCA eta NCM bateriena baino handiagoa da. Barne-erresistentziaren hazkunde-tasa biltegiratze-denborarekin, biltegiratze-tenperaturarekin eta biltegiratze-SOCarekin lotuta dago

Zikloa

Biltegiratzea edo txirrindularitza izan, tenperaturak bateriaren barne-erresistentzian duen eragina koherentea da. Txirrindularitza-tenperatura zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da barne-erresistentziaren igoera-tasa. Ziklo-tarte ezberdinek baterien barne-erresistentzian duten eragina ere ezberdina da. Baterien barne-erresistentzia azkar handitzen da kargatzeko eta deskargatzeko sakoneraren gehikuntzarekin, eta barne-erresistentzia handitzea kargatzeko eta deskargatzeko sakoneraren indartzearekin zuzenean proportzionala da. Zikloan zehar kargaren eta deskargaren sakoneraren eraginaz gain, karga-mozketaren tentsioak ere eragina du: baxuegia edo altuegia kargatzeko tentsioaren goiko mugak elektrodoaren interfazearen inpedantzia handituko du, eta baxuegia. goiko mugako tentsioak ezin du pasibazio-filma ondo osatu, eta altuegia den bitartean, goiko mugako tentsioak elektrolitoa oxidatu eta deskonposatuko du LiFePO4 elektrodoaren gainazalean eroankortasun baxuko produktuak eratzeko.

Bestela

Automobilgintzako litiozko bateriek ezinbestean errepide baldintza txarrak izaten dituzte aplikazio praktikoetan, baina ikerketek aurkitu dute bibrazio-inguruneak ez duela ia eraginik litiozko baterien barne-erresistentzian aplikazio-prozesuan zehar.

Itxaropena

Barne-erresistentzia parametro garrantzitsua da litio-ioizko baterien potentzia-errendimendua neurtzeko eta haien bizi-iraupena ebaluatzeko. Barne-erresistentzia zenbat eta handiagoa izan, orduan eta okerragoa izango da bateriaren errendimendua, eta orduan eta azkarrago handitzen da biltegiratzean eta bizikletan zehar. Barne-erresistentzia bateriaren egiturarekin, materialaren ezaugarriekin eta fabrikazio-prozesuarekin lotuta dago, eta aldatu egiten da inguruneko tenperaturaren eta karga-egoeraren aldaketekin. Hori dela eta, barne-erresistentzia baxuko bateriak garatzea da bateriaren errendimendua hobetzeko gakoa, eta bateriaren barne-erresistentziaren aldaketak menderatzeak garrantzi praktiko handia du bateriaren iraupena aurreikusteko.