Sprechen Sie mit Theorie und Produktion über den Innenwiderstand von Lithiumbatterien

Der Innenwiderstand ist der Widerstand der Lithiumbatterie, wenn der Strom durch die Batterie fließt. Gemäß der Testmethode kann sie in Wechselstrom-Innenwiderstand und Gleichstrom-Innenwiderstand unterteilt werden. Der Innenwiderstand der Batterie ist ein wichtiger Parameter, um die Qualität von Lithium-Ionen-Batterien zu bestimmen. Der große Innenwiderstand der Batterie erzeugt eine große Menge Joule-Wärme und führt zu einem Anstieg der Batterietemperatur, was zu einer Verringerung der Arbeitsspannung der Batterieentladung führt, die Entladezeit verkürzt und die Leistung und Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt. Verursachen Sie schwerwiegende Auswirkungen. Der Innenwiderstand ist auch ein wichtiger Parameter im Test, um die elektrochemische Leistung von Lithiumbatterien zu überprüfen. Kombinieren Sie die Materialien und Prozesse von Lithiumbatterien, um Ihnen die Faktoren mitzuteilen, die den Innenwiderstand von Lithiumbatterien beeinflussen.

Im Allgemeinen wird der Innenwiderstand der Batterie in ohmschen Innenwiderstand und Polarisationsinnenwiderstand unterteilt. Der ohmsche Innenwiderstand besteht aus Elektrodenmaterial, Elektrolyt, Membranwiderstand und Kontaktwiderstand verschiedener Teile. Der Polarisationsinnenwiderstand bezieht sich auf den Widerstand, der durch die Polarisation während der elektrochemischen Reaktion verursacht wird, einschließlich des Innenwiderstands der elektrochemischen Polarisation und des Innenwiderstands der Konzentrationspolarisation. Der ohmsche Innenwiderstand der Batterie wird durch die Gesamtleitfähigkeit der Batterie bestimmt, und der Polarisationsinnenwiderstand der Batterie wird durch den Festphasendiffusionskoeffizienten von Lithiumionen im aktiven Elektrodenmaterial bestimmt.

ohmscher Widerstand

Der ohmsche Widerstand ist hauptsächlich in drei Teile unterteilt, einer ist der Ionenwiderstand, der andere ist der elektronische Widerstand und der dritte ist der Kontaktwiderstand. Wir hoffen, dass der Innenwiderstand der Lithiumbatterie so gering wie möglich ist. Daher müssen wir spezielle Maßnahmen ergreifen, um den ohmschen Innenwiderstand für diese drei Elemente zu verringern.

1. Ionenimpedanz

Der Ionenwiderstand der Lithiumbatterie bezieht sich auf den Widerstand der Lithiumionen in der Batterie. In einer Lithiumbatterie spielen die Lithiumionenmigrationsgeschwindigkeit und die Elektronenleitungsgeschwindigkeit eine gleich wichtige Rolle, und der Ionenwiderstand wird hauptsächlich durch die positiven und negativen Elektrodenmaterialien, den Separator und den Elektrolyten beeinflusst. Um die Ionenimpedanz zu verringern, müssen Sie Folgendes tun:

① Stellen Sie sicher, dass die positiven und negativen Materialien und der Elektrolyt eine gute Benetzbarkeit aufweisen.

Bei der Konstruktion des Polschuhs muss eine geeignete Verdichtungsdichte gewählt werden. Wenn die Verdichtungsdichte zu groß ist, kann der Elektrolyt nicht leicht infiltriert werden, was den Ionenwiderstand erhöht. Wenn für das negative Polstück der während des ersten Ladens und Entladens auf der Oberfläche des aktiven Materials gebildete SEI-Film zu dick ist, erhöht dies auch den Ionenwiderstand. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, den Batteriebildungsprozess anzupassen, um ihn zu lösen.

②Der Einfluss des Elektrolyten

Der Elektrolyt muss die geeignete Konzentration, Viskosität und Leitfähigkeit aufweisen. Wenn die Elektrolytviskosität zu hoch ist, ist sie der Infiltration zwischen den positiven und negativen aktiven Materialien nicht förderlich. Gleichzeitig benötigt der Elektrolyt auch eine niedrige Konzentration, eine zu hohe Konzentration fördert auch nicht seinen Fluss und seine Infiltration. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist der wichtigste Faktor, der den Ionenwiderstand beeinflusst und die Migration von Ionen bestimmt.

③Der Einfluss der Membran auf die Ionenimpedanz

Die wichtigsten Einflussfaktoren des Diaphragmas auf den Ionenwiderstand sind: Elektrolytverteilung im Diaphragma, Membranbereich, Dicke, Porengröße, Porosität und Tortuositätskoeffizient. Bei Keramikmembranen muss auch verhindert werden, dass Keramikpartikel die Poren des Diaphragmas blockieren, was dem Durchgang von Ionen nicht förderlich ist. Während sichergestellt wird, dass der Elektrolyt vollständig in das Diaphragma infiltriert ist, sollte kein überschüssiger Elektrolyt darin verbleiben, was die Verwendungseffizienz des Elektrolyten verringert.

2. Elektronische Impedanz

Es gibt viele Einflussfaktoren der elektronischen Impedanz, die unter Aspekten wie Materialien und Prozessen verbessert werden können.

①Positive und negative Polplatten

Die Hauptfaktoren, die die elektronische Impedanz der positiven und negativen Platten beeinflussen, sind: der Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor, die Faktoren des aktiven Materials selbst und die Parameter der Platte. Das aktive Material sollte die Stromkollektoroberfläche vollständig berühren, was aus der Stromkollektor-Kupferfolie, dem Aluminiumfolien-Grundmaterial und der Haftung der positiven und negativen Elektrodenpasten hervorgeht. Die Porosität des lebenden Materials selbst, die Nebenprodukte auf der Oberfläche der Partikel und die ungleichmäßige Vermischung mit dem leitenden Mittel können alle Änderungen der elektronischen Impedanz verursachen. Polarplattenparameter wie die Dichte lebender Materie sind zu klein, der Spalt zwischen den Partikeln ist zu groß, was der Elektronenleitung nicht förderlich ist.

② Membran

Die Hauptfaktoren, die die elektronische Impedanz der Membran beeinflussen, sind: Membrandicke, Porosität und Nebenprodukte beim Lade- und Entladevorgang. Die ersten beiden sind leicht zu verstehen. Nach dem Zerlegen der Batterie befindet sich häufig eine dicke Schicht braunen Materials auf dem Abscheider, einschließlich der negativen Graphitelektrode und ihrer Reaktionsnebenprodukte, die das Abscheiderloch blockieren und die Batterielebensdauer verkürzen.

③ Stromkollektorsubstrat

Das Material, die Dicke, die Breite des Stromkollektors und der Grad des Kontakts mit den Laschen beeinflussen die elektronische Impedanz. Der Stromkollektor muss ein Substrat auswählen, das nicht oxidiert und passiviert ist, da es sonst die Impedanz beeinflusst. Schlechtes Schweißen zwischen Kupfer- und Aluminiumfolie und Laschen wirkt sich auch auf die elektronische Impedanz aus.

3. Kontaktwiderstand

Der Kontaktwiderstand wird zwischen dem Kontakt zwischen der Kupfer- und Aluminiumfolie und dem aktiven Material gebildet, und es ist notwendig, auf die Haftung der positiven und negativen Aufschlämmung zu achten.

Polarisierter Innenwiderstand

Wenn Strom durch die Elektroden fließt, wird das Phänomen, dass das Elektrodenpotential vom Gleichgewichtselektrodenpotential abweicht, als Elektrodenpolarisation bezeichnet. Die Polarisation umfasst ohmsche Polarisation, elektrochemische Polarisation und Konzentrationspolarisation, wie in Abbildung 1 gezeigt. Der Polarisationswiderstand bezieht sich auf den Innenwiderstand, der durch die Polarisation der positiven und negativen Elektroden der Batterie während der elektrochemischen Reaktion verursacht wird. Es kann die interne Konsistenz der Batterie widerspiegeln, ist jedoch aufgrund des Einflusses des Betriebs und der Methode nicht für die Produktion geeignet. Der interne Polarisationswiderstand ist nicht konstant und ändert sich mit der Zeit während des Lade- und Entladevorgangs. Dies liegt daran, dass sich die Zusammensetzung des aktiven Materials, die Konzentration des Elektrolyten und die Temperatur ständig ändern. Der ohmsche Innenwiderstand folgt dem Ohmschen GG-Gesetz, und der Polarisationsinnenwiderstand nimmt mit zunehmender Stromdichte zu, ist jedoch keine lineare Beziehung. Sie nimmt häufig linear zu, wenn der Logarithmus der Stromdichte zunimmt.

Im Allgemeinen ist der DC-Innenwiderstand der Batterie gleich der Summe aus dem Polarisationsinnenwiderstand und dem ohmschen Innenwiderstand. Die Messung des DC-Innenwiderstands ist von großer Bedeutung. Es gibt viele Faktoren, die den Innenwiderstand der Polarisation beeinflussen, wie Lade- und Entladerate, Umgebungstemperatur, SOC-Zustand, Elektrolytkonzentration usw. Hier ist ein Beispiel für den Temperatureinfluss auf den Innenwiderstand von Lithiumeisenphosphatbatterien. Diejenigen, die relevante Literatur benötigen, können privat an FIRSTEK schreiben, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Aktuelle in der Industrie verwendete Methoden zur Messung des Innenwiderstands von Batterien

In Industrieanwendungen wird die genaue Messung des Batterieinnenwiderstands durch spezielle Geräte durchgeführt. Gegenwärtig umfassen die in der Industrie verwendeten Methoden zur Messung des Innenwiderstands der Batterie hauptsächlich die folgenden zwei:

1. Methode zur Messung des Innenwiderstands bei Gleichstromentladung

Gemäß der physikalischen Formel R=U / I zwingt die Testausrüstung die Batterie, in kurzer Zeit (normalerweise 2 bis 3 Sekunden) einen großen konstanten Gleichstrom durchzulassen (derzeit wird im Allgemeinen ein großer Strom von 40 A bis 80 A verwendet). und die Batterie wird zu diesem Zeitpunkt gemessen. Die Spannung an beiden Enden und der aktuelle Innenwiderstand der Batterie werden gemäß der Formel berechnet.

Die Genauigkeit dieser Messmethode ist relativ hoch. Bei richtiger Kontrolle kann der Messgenauigkeitsfehler innerhalb von 0,1% kontrolliert werden. Diese Methode weist jedoch offensichtliche Mängel auf:

(1) Es können nur Batterien oder Akkumulatoren mit großer Kapazität gemessen werden, und Batterien mit kleiner Kapazität können nicht innerhalb von 2 bis 3 Sekunden einen großen Strom von 40 A bis 80 A laden.

(2) Wenn die Batterie einen großen Strom durchlässt, werden die Elektroden in der Batterie polarisiert, was zu einem polarisierten Innenwiderstand führt. Daher muss die Messzeit sehr kurz sein, da sonst der gemessene Innenwiderstand einen großen Fehler aufweist;

(3) Der große Strom, der durch die Batterie fließt, beschädigt die internen Elektroden der Batterie.

2. Methode zur Messung des Innenwiderstands des Wechselstromdruckabfalls

Da die Batterie tatsächlich einem aktiven Widerstand entspricht, legen wir eine feste Frequenz und einen festen Strom an die Batterie an (derzeit werden im Allgemeinen eine Frequenz von 1 kHz und ein kleiner Strom von 50 mA verwendet), und dann wird die Spannung abgetastet, gleichgerichtet, gefiltert usw. Dann Berechnen Sie den Innenwiderstand der Batterie über die Operationsverstärkerschaltung. Die Batteriemesszeit der Methode zur Messung des Innenwiderstands bei Wechselspannungsabfall ist extrem kurz und beträgt im Allgemeinen etwa 100 Millisekunden.

Die Genauigkeit dieser Messmethode ist ebenfalls gut und der Messgenauigkeitsfehler liegt im Allgemeinen zwischen 1% und 2%.

Die Vor- und Nachteile dieser Methode:

(1) Fast alle Batterien können mit der Methode zur Messung des Innenwiderstands bei Wechselspannungsabfall gemessen werden, einschließlich Batterien mit geringer Kapazität. Diese Methode wird im Allgemeinen verwendet, um den Innenwiderstand von Laptop-Batteriezellen zu messen.

(2) Die Messgenauigkeit des Wechselspannungsabfall-Messverfahrens wird wahrscheinlich durch den Welligkeitsstrom beeinflusst, und es besteht auch die Möglichkeit einer Störung des Oberschwingungsstroms. Dies ist ein Test für die Entstörfähigkeit im Messgeräteschaltkreis

(3) Diese Methode verursacht keine großen Schäden an der Batterie.

(4) Die Messgenauigkeit des Verfahrens zur Messung des Wechselspannungsabfalls ist nicht so gut wie das Verfahren zur Messung des Innenwiderstands bei Gleichstromentladung.