I. Введение
Литиевые батареи, как важное устройство для хранения энергии, широко применялись в современном обществе, например, в электромобилях и портативных электронных устройствах. Тем не менее, литийные батареи могут испытывать короткие замыкания во время использования, что не только влияет на производительность батареи, но также может вызвать серьезные проблемы безопасности, такие как пожары и взрывы. Внутреннее сопротивление является одним из ключевых показателей для измерения производительности литиевых аккумуляторов. Увеличение внутреннего сопротивления приводит к снижению емкости разряда аккумулятора, снижению емкости и сокращению срока службы. Следовательно, изучение причин увеличения устойчивости внутреннего сопротивления в литиевых батареях во время коротких замыканий имеет важное теоретическое и практическое значение.
II Состав внутренней сопротивления лития аккумулятора
Внутреннее сопротивление литийной батареи в основном состоит из омического сопротивления и сопротивления поляризации. Омическое сопротивление включает в себя сопротивление самих электродов, сопротивление раствора электролита, сопротивление, возникающее с помощью ионов, проходящих через микропоры сепаратора, и сопротивление контакта между положительными\/отрицательными электродами и сепаратором. Поляризационная сопротивление - это проводящее сопротивление, сформированное из -за поляризации электродов во время зарядки аккумулятора и разрядки, включая электрохимическую поляризацию и поляризацию концентрации. Электрохимическая поляризация вызвана медленностью электродных реакций, в то время как поляризация концентрации вызвана изменениями концентрации ионов вблизи поверхности электрода.
Iii. Анализ причин увеличения внутреннего сопротивления в литиевых батареях во время коротких замыканий
(I) коренные причины на уровне материала
1. Размещение положительных и отрицательных активных материалов
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 нм). Рост литий -дендритов может пробить сепаратор, вызывая короткий замыкание аккумулятора, в то время как чрезмерно толстая пленка SEI может препятствовать миграции литий -ионов и увеличить внутреннее сопротивление батареи.
2. Электролитные старение и проблемы с интерфейсом
Продукты разложения электролита (такие как LIF, li₂co₃) накапливаются на поверхности электрода, образуя высокий уровень интерфейса. В условиях высокой температуры или завышенной завышенной вязкости увеличивается вязкость электролита, а эффективность переноса лития снижается. Например, когда батарея находится в высокотемпературной среде, вязкость электролита увеличивается, а скорость миграции литий-ионов замедляется, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления батареи.
3. КОЛЛЕКТОР КОЛОСКОГО ИСКЛЮЧЕНИЯ И УДОВЛЕНИЯ ТАБА
Окисление или коррозия алюминиевой\/медной фольги приводит к увеличению контактной резистентности (общедоступной в средах с высокой влажностью). Виртуальная сварка точек сварки вкладок или усталости материала (например, в условиях вибрации) вызывает локальное сопротивление умножению. Во время использования батареи текущий сборщик и вкладки могут подвергаться окислению или коррозии из -за факторов окружающей среды, что приводит к увеличению контактного сопротивления. В то же время виртуальная сварка точек сварки вкладок или усталости для материала также может повысить локальную сопротивление.
(Ii) Суперпозиция эффекта дефектов процесса
1. Нарушение на листах электродов
Колебания плотности ареальной плотности (± 5% или более) приводят к неравномерному распределению тока и значительному увеличению устойчивости локальной поляризации. Если покрытие электродных листов неровное, это приведет к неравномерному распределению тока внутри батареи, при этом определенные области имеют чрезмерно высокую плотность тока, что вызывает увеличение сопротивления локальной поляризации.
2.Ошибки в процессах укладки\/обмотки
Несоответствие электродных листов приводит к контакту с краем, увеличивая риск микро-коротких цепей и дополнительного импеданса. Во время производства аккумуляторов, если в процессе укладки или обмотки возникают ошибки, это может вызвать смещение листов электродов, что приведет к контакту с краем, увеличивая риск микро-коротких цепей и дополнительного импеданса.
3.Недостаточная инъекция электролита и смачивание
Электролит не полностью проникает в поры сепаратора (степень смачивания <90%), блокируя ионные каналы. Если электролит не полностью проникает в порции сепаратора, он будет блокировать ионные каналы, замедлить скорость миграции литий -ионов и увеличить внутреннее сопротивление батареи.
(Iii) Влияние среды использования и условия эксплуатации
1.Низкотемпературная среда
Ионная проводимость электролита уменьшается более чем на 50%, а устойчивость к омическому и поляризационную сопротивление увеличивается. В низкотемпературной среде ионная проводимость электролита значительно снижается, что приводит к увеличению устойчивости к батарее и сопротивлению поляризации.
2.Высококачественная зарядка и разрядка
Поляризация концентрации усиливается, платформа напряжения обрушивается, а эффективное внутреннее сопротивление увеличивается на 20% - 40%. Когда аккумулятор подвергается высококачественной зарядке и разряде, концентрация ионов вблизи поверхности электрода быстро изменяется, что приводит к интенсивной поляризации концентрации и увеличению эффективного внутреннего сопротивления батареи.
3.Долгосрочное велосипедное старение
Совокупные эффекты, такие как потерь активного лития и снижение пористости электродов, приводят к годовой скорости роста внутреннего сопротивления, превышающей 5%. Во время длительного велосипедного использования аккумулятора активный литий постепенно истощается, а пористость электрода также уменьшается. Эти кумулятивные эффекты приводят к годовым темпам роста внутреннего сопротивления, превышающим 5%.
(Iv) Местное перегрев и повреждение структурного ущерба, вызванные короткими замыслова
1.локальное перегрев
Большой ток, генерируемый во время короткого замыкания, приводит к резкому повышению локальной температуры внутри аккумулятора. Высокие температуры ускоряют деградацию внутренних материалов аккумулятора, таких как разложение электролитов и изменения структуры электрода, еще больше увеличивая внутреннее сопротивление. Например, когда аккумулятор испытывает короткий замыкание, расположение короткого замыкания генерирует большое количество тепла, что приводит к повышению локальной температуры и разложении электролита, образуя высокий уровень интерфейса с высоким импедансом и увеличивая внутреннее сопротивление батареи.
2. Структурный ущерб
Огромный ток и тепло, генерируемые во время короткого замыкания, могут привести к повреждению конструкции внутри аккумулятора, такого как расплавление сепаратора и деформация электрода. Эти структурные повреждения напрямую влияют на ионные и электронные транспортные каналы батареи, что приводит к значительному увеличению внутреннего сопротивления. Например, высокая температура, генерируемая во время короткого замыкания, может растопить сепаратор, вызывая прямой контакт между положительными и отрицательными электродами, образуя больший ток короткого замыкания, а также повреждает структуру электродных материалов, увеличивая внутреннее сопротивление батареи.
IV Заключение
Причины увеличения внутреннего сопротивления в литиевых батареях во время коротких замыканий многогранны, включая коренные причины на уровне материала, эффект суперпозиции дефектов процесса, влияние среды использования и условия работы, а также локальное перегрев и структурные повреждения, вызванные короткими замыканиями. Эти факторы взаимодействуют друг с другом, в совокупности приводят к увеличению внутренней сопротивления в литиевых батареях во время коротких замыканий. Понимание этих причин имеет большое значение для проектирования, производства, использования и обслуживания литиевых батарей. На стадии проектирования батареи следует выбрать соответствующие материалы и параметры обработки, оптимизированные для снижения внутреннего сопротивления батареи. Во время использования батареи аккумулятор следует удерживать вдали от суровых сред, таких как высокие температуры, низкие температуры и высокая влажность, а также скорость зарядки и сброса батареи следует разумно управлять для продления срока службы батареи и обеспечения безопасности батареи. В то же время, для батарей, которые уже испытали короткий замыкание, необходимо выполнить своевременное лечение, чтобы не вызвать более серьезные проблемы безопасности. Будущие исследования должны дополнительно углубиться в механизм внутреннего увеличения сопротивления в литийных батареях во время коротких замыканий и разработать более эффективные технологии управления аккумуляторами и защиты для повышения производительности литийной батареи и безопасности.