Aufbau der Innenwiderstandsstruktur von Lithium-Ionen-Batterien und Einfluss der Rohstoffleistung

Bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien nimmt die Batterieleistung weiter ab, was sich hauptsächlich in Kapazitätsabfall, Anstieg des Innenwiderstands, Leistungsabfall usw. äußert. Die Änderung des Batterieinnenwiderstands wird durch verschiedene Bedingungen wie Temperatur und Entladung beeinflusst Tiefe. Daher erläutert dieses Dokument hauptsächlich die Faktoren, die den Innenwiderstand von Batterien beeinflussen, unter den Aspekten des Batteriestrukturdesigns und der Leistung des Rohmaterials.

Ⅰ. Einfluss des Aufbaus der Lithium-Ionen-Batterie

Bei der Konstruktion der Batteriestruktur wirken sich neben dem Nieten und Schweißen der Batteriestruktur selbst auch die Anzahl, Größe und Position der Batterielaschen direkt auf den Innenwiderstand der Batterie aus. Bis zu einem gewissen Grad kann die Erhöhung der Anzahl der Laschen den Innenwiderstand der Batterie effektiv reduzieren. Die Position der Laschen kann auch den Innenwiderstand der Batterie beeinflussen. Der Innenwiderstand der aufgewickelten Batterie mit der Laschenposition am Kopf der positiven und negativen Elektroden ist am größten. Verglichen mit der gewickelten Batterie entspricht die laminierte Batterie Dutzenden kleiner Batterien. Parallel geschaltet ist der Innenwiderstand kleiner.

Ⅱ. Die Leistung von Rohstoffen für Lithium-Ionen-Batterien

1. Positive und negative aktive Materialien

Die positiven Elektrodenmaterialien in Lithiumbatterien sind Übergangsmetalloxide und -phosphide, die Lithium enthalten, wie LiCoO2, LiFePO4 usw., die die Leistung von Lithiumbatterien bestimmen. Die positiven Elektrodenmaterialien verbessern hauptsächlich die elektronische Leitfähigkeit zwischen Partikeln durch Beschichten und Dotieren. Beispielsweise wird nach dem Dotieren mit Ni die Stärke der P-O-Bindung erhöht, die Struktur von LiFePO4/C stabilisiert, das Volumen der Einheitszelle optimiert und der Ladungstransferwiderstand des positiven Elektrodenmaterials effektiv reduziert.< p>

Nach der Simulationsanalyse des elektrochemischen thermischen Kopplungsmodells ist unter der Bedingung einer Hochgeschwindigkeitsentladung die Aktivierungspolarisation, insbesondere die signifikante Erhöhung der Aktivierungspolarisation der negativen Elektrode, der Hauptgrund für die starke Polarisation. Das Reduzieren der Partikelgröße der negativen Elektrode kann die Aktivierungspolarisation der negativen Elektrode effektiv reduzieren. Wenn die Teilchengröße der Festphase der negativen Elektrode um die Hälfte verringert wird, kann die Aktivierungspolarisation um 45 % verringert werden. Daher ist für das Design von Lithium-Ionen-Batterien auch die Forschung zur Verbesserung der positiven und negativen Elektrodenmaterialien selbst unerlässlich.

2. Leitfähiges Mittel

Graphit und Ruß sind aufgrund ihrer guten Eigenschaften im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien weit verbreitet. Im Vergleich zu auf Graphit basierenden leitfähigen Mitteln ist die Batterieleistung durch Zugabe von auf Ruß basierenden leitfähigen Mitteln zur positiven Elektrode besser, da auf Graphit basierende leitfähige Mittel eine flockige Teilchenform haben, was eine große Erhöhung des Porentortuositätskoeffizienten verursacht hohe Vergrößerung und ist anfällig für Li-Flüssigphasendiffusion. Das Phänomen ist, dass der Prozess die Entladekapazität begrenzt.

Der Innenwiderstand der mit CNTs versetzten Batterie ist kleiner, da im Vergleich zum Punktkontakt zwischen Graphit/Ruß und dem Aktivmaterial die faserigen Kohlenstoffnanoröhren und das Aktivmaterial in Linienkontakt stehen, was die Grenzflächenimpedanz verringern kann die Batterie.

3. Stromabnehmer

Die Reduzierung des Grenzflächenwiderstands zwischen dem Stromkollektor und dem aktiven Material und die Verbesserung der Bindungsstärke zwischen den beiden sind wichtige Mittel zur Verbesserung der Leistung von Lithiumbatterien. Das Beschichten einer leitfähigen Kohlenstoffbeschichtung auf der Oberfläche von Aluminiumfolie und eine Koronabehandlung von Aluminiumfolie können die Grenzflächenimpedanz der Batterie effektiv reduzieren. Im Vergleich zu gewöhnlicher Aluminiumfolie kann die Verwendung von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie den Innenwiderstand der Batterie um etwa 65 % reduzieren und den Anstieg des Innenwiderstands der Lithium-Ionen-Batterie während des Gebrauchs reduzieren.

Der AC-Innenwiderstand der Corona-behandelten Aluminiumfolie kann um ca. 20 % reduziert werden. Im allgemein verwendeten Bereich von 20 % bis 90 % SOC ist der Gesamt-DC-Innenwiderstand relativ klein und der Anstieg wird mit zunehmender Entladungstiefe allmählich kleiner.

4. Batterieseparator

Die Ionenleitung innerhalb der Batterie hängt von der Diffusion von Li-Ionen im Elektrolyten durch die Poren des Separators ab. Die Flüssigkeitsabsorption und Benetzungsfähigkeit des Separators ist der Schlüssel zur Bildung eines guten Ionenströmungskanals. Wenn der Separator eine höhere Flüssigkeitsabsorptionsrate und poröse Struktur hat, kann er verbessert werden. Die Leitfähigkeit reduziert die Batterieimpedanz und verbessert die Ratenleistung der Batterie.

Im Vergleich zu gewöhnlichen Basisseparatoren können Keramikseparatoren und gummibeschichtete Separatoren nicht nur die Hochtemperaturschrumpfbeständigkeit des Separators erheblich verbessern, sondern auch die Flüssigkeitsaufnahme und Benetzungsfähigkeit des Separators verbessern. Durch Hinzufügen einer SiO2-Keramikbeschichtung zum PP-Separator kann der Separator das Flüssigkeitsvolumen um 17 % erhöhen. Durch die Beschichtung von 1 μm PVDF-HFP auf dem PP/PE-Verbundseparator erhöht sich die Flüssigkeitsaufnahmerate des Separators von 70 % auf 82 %, und der Innenwiderstand der Zelle sinkt um mehr als 20 %.