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什么因素影响了锂离子电池的内阻?

钜大LARGE  |  点击量:1438次  |  2021年02月25日  

内阻是影响锂离子电池功率性能和放电效率的重要因素,随着锂离子电池存储时间的新增,电池不断老化,其内阻不断增大。不同类型的锂离子电池内阻变化程度不同。


内阻是衡量锂离子电池功率性能和评估锂离子电池寿命的重要参数,一直以来也备受关注。锂离子电池初始的内阻大小重要由电池的结构设计、原材料性能和制程工艺决定。


而内阻是影响电池功率性能和放电效率的重要因素,它的初始大小重要由电池的结构设计、原材料性能和制程工艺决定。


随着锂离子电池的使用,电池性能不断衰减,重要表现为容量衰减、内阻新增、功率下降等,电池内阻的变化受温度、放电深度等多种使用条件的影响。因此,结合电池结构设计、原材料性能、制程工艺和使用条件等方面阐述了影响电池内阻的因素。


电阻是锂离子电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。通常,锂离子电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻,包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定。


欧姆内阻


欧姆内阻重要分为三个部分,一是离子阻抗,二是电子阻抗,三是接触阻抗。我们希望锂离子电池的内阻越小越小,那么就要针对此三项内容采取具体措施来降低欧姆内阻。


离子阻抗


锂离子电池离子阻抗是指锂离子在电池内部传递所受到的阻力。在锂离子电池中锂离子迁移速度和电子传导速度起着同样重要的用途,离子阻抗重要受正负极材料、隔膜以及电解液的影响。想要降低离子阻抗,要做好以下几点:


保证正负极材料和电解液具有良好的浸润性


在极片设计时要选定合适的压实密度,假如压实密度过大,电解液不易浸润,会提高离子阻抗。关于负极极片来说,假如首次充放电时在活物质表面形成的SEI膜过厚,也会提高离子阻抗,这时要调节电池的化成工艺来解决。


电解液的影响


电解液要具有合适的浓度、粘度和电导率。电解液粘度过高时,不利于其与正负极活物质之间的浸润。同时,电解液也要较低的浓度,浓度过高同样不利于其流动浸润。电解液的电导率是影响离子阻抗的最重要的因素,其决定着离子的迁移。


隔膜对离子阻抗的影响


隔膜对离子阻抗的重要影响因素有:隔膜中电解液分布、隔膜面积、厚度、孔隙大小、孔隙率以及曲折系数等。关于陶瓷隔膜来说,还要预防陶瓷颗粒堵塞隔膜孔隙不利于离子通过。在保证电解液充分浸润隔膜的同时,还不能有余量的电解液残留其中,降低电解液的使用效率。


电子阻抗


电子阻抗的影响因素比较多,可以从材料、工艺等方面进行着手改善。


正负极极板


正负极极板影响电子阻抗的因素重要有:活物质与集流体的接触、活物质本身因素、极板参数等。活物质要与集流体面充分接触,可以从集流体铜箔、铝箔基材上,正负极浆料粘接性上考虑。活物质本身的孔隙率、颗粒表面副产物、与导电剂混合不均匀等均会造成电子阻抗变化。极板参数如活物质密度太小时,颗粒间隙大,不利于电子传导。


隔膜


隔膜对电子阻抗的影响因素重要有:隔膜厚度、孔隙率以及充放电过程中的副产物。前两者很容易理解,在电芯拆解之后经常会发现隔膜上沾着厚厚一层褐色物质,里面包括石墨负极及其反应副产物,会造成隔膜孔堵塞,降低电池使用寿命。

锂离子电池内阻过大原因


工艺方面


1、正极配料导电剂过少(材料与材料之间导电性不好,因为锂钴本身的导电性非常差)


2、正极配料粘结剂过多(粘结剂一般都是高分子材料,绝缘性能较强)


3、负极配料粘结剂过多(粘结剂一般都是高分子材料,绝缘性能较强)


4、配料分散不均匀


5、配料时粘结剂溶剂不完全


6、涂布拉浆面密度设计过大


7、压实密度太大,辊压过实


8、正极耳焊接不牢,出现虚焊接


9、电池贮存环境不合理


材料方面


1、锂离子电池正极材料电阻大(导电性差,如如磷酸铁锂)


2、隔膜材料影响(隔膜厚度、孔隙率小、孔径小)


3、电解液材料影响(电导率小、粘度大)


4、正极PVDF材料影响(量多或者分子量大)


5、正极导电剂材料影响(导电性差,电阻高)


6、正负极极耳材料影响(厚度薄导电性差,厚度不均,材料纯度差)


7、铜箔,铝箔材料导电性差或表面有氧化物


8、盖板极柱铆接接触内阻偏大


9、负极材料电阻大


内阻是评价锂离子电池性能的重要指标之一。锂离子电池内阻的测试包括交流内阻与直流内阻。关于单体电池,一般以交流内阻来进行评价,即通常称为欧姆内阻。但关于大型锂离子电池组应用,如电动汽车用电源系统来说,由于测试设备等方面的限制,不能或不方便来直接进行交流内阻的测试,一般通过直流内阻来评价电池组的特性。


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