I. Sissejuhatus
Liitiumpatareisid kui olulist energiasalvestusseadet on kaasaegses ühiskonnas laialdaselt kasutatud, näiteks elektrisõidukites ja kaasaskantavates elektroonikaseadmetes. Liitiumakudel võib kasutamise ajal kogeda lühiseid, mis mitte ainult ei mõjuta aku jõudlust, vaid võib käivitada ka tõsiseid ohutusprobleeme, näiteks tulekahjusid ja plahvatusi. Sisene takistus on üks peamisi indikaatoreid liitium aku jõudluse mõõtmiseks. Sisemiskindluse suurenemine põhjustab aku tühjenemise mahu vähenemist, mahu vähenemist ja lühendatud kasutusaega. Seetõttu on liitiumpatareide sisemise resistentsuse suurenemise põhjuste uurimisel lühikeste vooluahelate ajal oluline teoreetiline ja praktiline tähtsus.
Ii. Liitiumaku sisemise takistuse koostis
Liitiumaku sisemine takistus koosneb peamiselt oomilisest ja polarisatsiooni takistusest. OHMILINE KASUTAMINE hõlmab elektroodide endi takistust, elektrolüüdilahuse takistust, eraldaja mikropooride läbivate ioonide vastupidavust ning positiivsete\/negatiivsete elektroodide ja eraldaja vahelist kontakttakistust. Polarisatsioonitakistus on elektroodide polarisatsiooni tõttu moodustatud juhtiv takistus, sealhulgas elektrokeemiline polarisatsioon ja kontsentratsiooni polarisatsioon. Elektrokeemilise polarisatsiooni põhjustab elektroodireaktsioonide loid, samas kui kontsentratsiooni polarisatsiooni põhjustab ioonide kontsentratsiooni muutused elektroodi pinna lähedal.
Iii. Liitiumpatareide sisemise takistuse suurenemise põhjuste analüüs lühiste ajal
I) materiaalse taseme juur põhjused
1. Positiivsete ja negatiivsete aktiivsete materjalide vähendamine
Positive electrode materials (such as NCM, LFP) may experience a decrease in electronic conductivity due to the dissolution of transition metals or structural collapse. For example, during the long-term cycling of a battery, transition metal ions in the positive electrode material may dissolve into the electrolyte, leading to structural changes in the positive electrode material and a reduction in its electronic conductivity. Negative electrode graphite may increase lithium ion migration resistance due to the growth of lithium dendrites or an excessively thick SEI film (>100 nm). Liitiumdendriitide kasv võib separaatori torgata, põhjustades aku lühise, samas kui liiga paks SEI -kile võib takistada liitiumiioonide migratsiooni ja suurendada aku sisemist takistust.
2.Elektrolüütide vananemine ja liidesed
Elektrolüütide lagunemisproduktid (näiteks LIF, Li₂co₃) kogunevad elektroodi pinnale, moodustades suure takistusega liidese kihi. Kõrgtemperatuurilistes või ülemääraste tingimustes suureneb elektrolüütide viskoossus ja liitiumioonide transpordi efektiivsus väheneb. Näiteks kui aku on kõrge temperatuuriga keskkonnas, suureneb elektrolüütide viskoossus ja liitiumioonide rändekiirus aeglustub, põhjustades aku sisemise takistuse suurenemist.
3. Voolu koguja ja vahekaardi lagunemine
Alumiinium-\/vaskfooliumi oksüdeerimine või korrosioon põhjustab kontakttakistuse suurenemist (tavaline kõrghäda keskkonnas). TAB -keevituspunktide või materiaalse väsimuse virtuaalne keevitamine (näiteks vibratsioonitingimustes) põhjustab kohaliku vastupidavuse korrutamisele. Aku kasutamise ajal võivad praegused kollektsionäärid ja vahelehed keskkonnategurite tõttu läbi viia oksüdatsiooni või korrosiooni, põhjustades kontakttakistuse suurenemise. Samal ajal võib sakk -keevituspunktide või materiaalse väsimuse virtuaalne keevitamine suurendada ka kohalikku vastupidavust.
Ii) protsessidefektide superpositsioonimõju
1. Elektroodilehtede katmine
Parjeliheduse kõikumised (± 5% või enam) põhjustavad voolu ebaühtlast jaotust ja kohaliku polarisatsiooniresistentsuse olulist suurenemist. Kui elektroodilehtede katmine on ebaühtlane, põhjustab see aku sees ebaühtlast voolu jaotust, teatud aladel on liiga kõrge voolutihedus, põhjustades sellega kohaliku polarisatsiooni takistuse suurenemist.
2.Vigu virnastamise\/mähise protsessides
Elektroodide lehtede valesti paigutamine põhjustab serva BURR-i kontakti, suurendades mikroühenduste riski ja täiendavat impedantsi. Kui aku tootmise ajal on virnastamise või mähise protsessis vigu, võib see põhjustada elektroodide lehtede valesti paigutamist, mis põhjustab servaga kokkupuuteid, suurendades mikro-sühjatud vooluahelate riski ja täiendavat impedantsi.
3.Ebapiisav elektrolüütide süstimine ja niisutamine
Elektrolüüt ei tungi separaatori pooridele täielikult läbi (niisutamiskraad <90%), blokeerides ioonikanaleid. Kui elektrolüüt ei tungiks separaatori pooridesse täielikult, blokeerib see ioonikanaleid, aeglustab liitiumioonide rändekiirust ja suurendab aku sisemist takistust.
(Iii) Kasutuskeskkonna ja töötingimuste mõju
1.Madala temperatuuriga keskkond
Elektrolüütide ioonjuhtivus väheneb enam kui 50%ja nii oomilise resistentsus kui ka polarisatsiooniresistentsus suurenevad. Madala temperatuuriga keskkonnas väheneb elektrolüüdi ioonjuhtivus märkimisväärselt, põhjustades aku oomilise takistuse ja polarisatsiooni takistuse suurenemist.
2.Kõrgkiire laadimine ja tühjendamine
Kontsentratsiooni polarisatsioon intensiivistub, pingeplatvorm variseb kokku ja tõhus sisemine takistus suureneb 20% - 40%. Kui aku läbib kõrgmäära laadimise ja tühjenemise, muutub ioonide kontsentratsioon elektroodi pinna lähedal kiiresti, põhjustades intensiivistunud kontsentratsiooni polarisatsiooni ja aku efektiivse sisemise takistuse suurenemist.
3.Pikaajaline jalgrattasõidu vananemine
Kumulatiivsed mõjud, näiteks aktiivne liitiumi kadu ja elektroodide poorsuse langus, põhjustavad sisemise takistuse kasvukiirust üle 5%. Aku pikaajalise tsükli kasutamise ajal väheneb aktiivne liitium järk-järgult ja ka elektroodide poorsus väheneb. Need kumulatiivsed mõjud põhjustavad sisemise resistentsuse kasvumäära üle 5%.
Iv) Lühikeste vooluahelate põhjustatud kohalik ülekuumenemine ja struktuursed kahjustused
1.lokaalne ülekuumenemine
Lühise ajal genereeritud suur vool viib aku sees kohaliku temperatuuri järsu tõusu. Kõrge temperatuur kiirendab aku sisemiste materjalide, näiteks elektrolüütide lagunemise ja elektroodi materjali struktuuri muutuste lagunemist, suurendades veelgi sisemist takistust. Näiteks kui aku kogeb lühist, tekitab lühise ahela asukoht suures koguses soojust, põhjustades kohaliku temperatuuri tõusu ja elektrolüütide lagunemist, moodustades suure takistusega liidese kihi ja suurendades aku sisemist takistust.
2. Struktuurkahjustus
Lühis vooluahela ajal tekkiv tohutu vool ja kuumus võivad põhjustada aku sees olevaid konstruktsioonilisi kahjustusi, näiteks eraldaja sulatus- ja elektroodimaterjali deformatsioon. Need struktuursed kahjustused mõjutavad otseselt aku ioonide ja elektronide transpordikanaleid, põhjustades sisemise takistuse olulist suurenemist. Näiteks võib lühise ajal tekitatud kõrge temperatuur sulatada eraldaja, põhjustades otsest kontakti positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel, moodustades suurema lühisevoolu ja kahjustades ka elektroodimaterjalide struktuuri, suurendades aku sisemist takistust.
IV. Järeldus
Liitiumpatareide sisemise takistuse suurenemise põhjused lühiradade ajal on mitmetahulised, sealhulgas materiaalse taseme algpõhjused, protsessidefektide superpositsiooni mõju, kasutuskeskkonna mõju ja töötingimuste mõju ning lühiste põhjustatud kohalike ülekuumenemise ja struktuurikahjustuste kohalik ülekuumenemine. Need tegurid interakteeruvad üksteisega, põhjustades liitiumakude sisemise takistuse suurenemist lühiste ajal. Nende põhjuste mõistmine on liitiumpatareide kujundamisel, tootmisel, kasutamisel ja hooldamisel suurt tähtsust. Aku kujundamise etapis tuleks valida sobivad materjalid ja protsessi parameetrid optimeerida aku sisemise takistuse vähendamiseks. Aku kasutamise ajal tuleks aku hoida eemal karmidest kasutuskeskkondadest, näiteks kõrge temperatuur, madalad temperatuurid ja kõrge õhuniiskus ning aku laadimis- ja tühjendamiskiirust tuleks mõistlikult juhtida, et pikendada aku tööiga ja tagada aku ohutus. Samal ajal tuleks lühise akude jaoks õigeaegselt töödelda, et vältida tõsisemaid ohutusprobleeme. Edasised uuringud peaksid edasi uurima liitiumpatareide sisemise takistuse suurenemise mehhanismi lühikeste vooluahelate ajal ning arendama akude aku akude ja ohutuse parandamiseks tõhusamaid akude haldamise ja kaitsetehnoloogiaid.