Diseño de la estructura de resistencia interna de la batería de iones de litio e influencia del rendimiento de la materia prima

Con el uso de baterías de iones de litio, el rendimiento de la batería sigue disminuyendo, lo que se manifiesta principalmente como disminución de la capacidad, aumento de la resistencia interna, caída de potencia, etc. El cambio de la resistencia interna de la batería se ve afectado por diversas condiciones, como la temperatura y la descarga. profundidad. Por lo tanto, este documento explica principalmente los factores que afectan la resistencia interna de las baterías desde los aspectos del diseño de la estructura de la batería y el rendimiento de la materia prima.

Ⅰ. Influencia del diseño de la estructura de la batería de iones de litio

En el diseño de la estructura de la batería, además del remachado y la soldadura de la estructura de la batería en sí, el número, el tamaño y la posición de las pestañas de la batería afectan directamente la resistencia interna de la batería. Hasta cierto punto, aumentar el número de pestañas puede reducir efectivamente la resistencia interna de la batería. La posición de las pestañas también puede afectar la resistencia interna de la batería. La resistencia interna de la batería en espiral con la posición de la lengüeta en la cabeza de los electrodos positivo y negativo es la más grande. En comparación con la batería en espiral, la batería laminada equivale a docenas de baterías pequeñas. Conectados en paralelo, la resistencia interna es menor.

Ⅱ. El rendimiento de las materias primas de las baterías de iones de litio

1. Materiales activos positivos y negativos

Los materiales del electrodo positivo en las baterías de litio son óxidos de metales de transición y fosfuros que contienen litio, como LiCoO2, LiFePO4, etc., que determinan el rendimiento de las baterías de litio. Los materiales de electrodos positivos mejoran principalmente la conductividad electrónica entre partículas mediante recubrimiento y dopaje. Por ejemplo, después de dopar Ni, se mejora la fuerza del enlace P-O, se estabiliza la estructura de LiFePO4/C, se optimiza el volumen de la celda unitaria y se puede reducir efectivamente la resistencia a la transferencia de carga del material del electrodo positivo.< p>

Según el análisis de simulación del modelo de acoplamiento térmico electroquímico, en condiciones de descarga de alta velocidad, la polarización de activación, especialmente el aumento significativo de la polarización de activación del electrodo negativo, es la razón principal de la polarización severa. La reducción del tamaño de partícula del electrodo negativo puede reducir efectivamente la polarización de activación del electrodo negativo. Cuando el tamaño de partícula de la fase sólida del electrodo negativo se reduce a la mitad, la polarización de activación se puede reducir en un 45%. Por lo tanto, en lo que respecta al diseño de baterías de iones de litio, la investigación sobre la mejora de los materiales de los electrodos positivo y negativo también es esencial.

2. Agente conductor

El grafito y el negro de carbón son ampliamente utilizados en el campo de las baterías de iones de litio debido a sus buenas propiedades. En comparación con los agentes conductores a base de grafito, el rendimiento de la batería al agregar agentes conductores a base de negro de carbón al electrodo positivo es mejor, porque los agentes conductores a base de grafito tienen una forma de partícula escamosa, lo que provoca un gran aumento en el coeficiente de tortuosidad de los poros bajo gran aumento, y es propenso a la difusión de fase líquida de Li. El fenómeno es que el proceso limita la capacidad de descarga.

La resistencia interna de la batería añadida con CNT es menor porque, en comparación con el punto de contacto entre el grafito/negro de carbón y el material activo, el nanotubo de carbono fibroso y el material activo están en contacto en línea, lo que puede reducir la impedancia de la interfaz de la batería.

3. Coleccionista actual

Reducir la resistencia de la interfaz entre el colector de corriente y el material activo y mejorar la fuerza de unión entre los dos son medios importantes para mejorar el rendimiento de las baterías de litio. El revestimiento de carbono conductivo en la superficie del papel de aluminio y el tratamiento corona del papel de aluminio pueden reducir efectivamente la impedancia interfacial de la batería. En comparación con el papel de aluminio ordinario, el uso de papel de aluminio recubierto de carbono puede reducir la resistencia interna de la batería en aproximadamente un 65 % y puede reducir el aumento de la resistencia interna de la batería de iones de litio durante el uso.

La resistencia interna de CA del papel de aluminio tratado con corona se puede reducir en aproximadamente un 20 %. En el rango comúnmente usado de 20 % a 90 % SOC, la resistencia interna general de CC es relativamente pequeña y el aumento es gradualmente menor con el aumento de la profundidad de descarga.

4. Separador de batería

La conducción de iones dentro de la batería depende de la difusión de iones de Li en el electrolito a través de los poros del separador. La capacidad de absorción y humectación de líquidos del separador es la clave para formar un buen canal de flujo de iones. Cuando el separador tiene una mayor tasa de absorción de líquido y una estructura porosa, se puede mejorar. La conductividad reduce la impedancia de la batería y mejora el rendimiento de la tasa de la batería.

En comparación con los separadores de base ordinarios, los separadores cerámicos y los separadores recubiertos de goma no solo pueden mejorar en gran medida la resistencia a la contracción a alta temperatura del separador, sino que también mejoran la absorción de líquidos y la capacidad de humectación del separador. Agregar un revestimiento cerámico de SiO2 al separador de PP puede hacer que el separador absorba líquido. El volumen aumentó en un 17%. El recubrimiento de PVDF-HFP de 1 μm en el separador compuesto de PP/PE aumenta la tasa de absorción de líquido del separador del 70 % al 82 %, y la resistencia interna de la celda disminuye en más del 20 %.