I. Įvadas
Ličio baterijos, kaip svarbus energijos kaupimo įtaisas, buvo plačiai naudojamos šiuolaikinėje visuomenėje, pavyzdžiui, elektrinėse transporto priemonėse ir nešiojamuose elektroniniuose prietaisuose. Tačiau ličio baterijos naudojimo metu gali patirti trumpąsias jungtis, o tai ne tik turi įtakos akumuliatoriaus veikimui, bet ir sukelti rimtų saugos problemų, tokių kaip gaisrai ir sprogimai. Vidinis pasipriešinimas yra vienas iš pagrindinių ličio akumuliatoriaus veikimo matavimo rodiklių. Padidėjęs vidinis pasipriešinimas lemia akumuliatoriaus iškrovos talpos sumažėjimą, pajėgumo sumažėjimą ir sutrumpintą aptarnavimo tarnavimo laiką. Todėl tiriant ličio baterijų vidinio pasipriešinimo padidėjimo priežastis trumpų jungčių metu turi svarbią teorinę ir praktinę reikšmę.
Ii. Ličio akumuliatoriaus vidinio pasipriešinimo kompozicija
Vidinį ličio akumuliatoriaus pasipriešinimą daugiausia sudaro omų atsparumas ir atsparumas poliarizacijai. Ohminis atsparumas apima pačių elektrodų pasipriešinimą, elektrolito tirpalo varžą, atsparumą, kurį patiria jonai, einantys per separatoriaus mikropores, ir kontaktinis atsparumas tarp teigiamų\/neigiamų elektrodų ir separatoriaus. Atsparumas poliarizacijai yra laidus atsparumas, susidarantis dėl elektrodų poliarizacijos akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo metu, įskaitant elektrocheminę poliarizaciją ir koncentracijos poliarizaciją. Elektrocheminę poliarizaciją sukelia elektrodų reakcijų vangumas, o koncentracijos poliarizaciją sukelia jonų koncentracijos pokyčiai šalia elektrodo paviršiaus.
Iii. Ličio baterijų vidinio pasipriešinimo padidėjimo analizė trumpų jungčių metu
I) Materialinės lygio pagrindinės priežastys
1. teigiamų ir neigiamų aktyvių medžiagų nustatymas
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). Ličio dendritų augimas gali pradurti separatorių, sukeldamas akumuliatoriaus trumpąjį jungimą, o pernelyg stora SEI plėvelė gali trukdyti ličio jonų migracijai ir padidinti vidinį akumuliatoriaus atsparumą.
2.elektrolitų senėjimo ir sąsajos problemos
Elektrolitų skilimo produktai (tokie kaip LIF, Li₂co₃) kaupiasi ant elektrodo paviršiaus, sudarydami aukšto varžos sąsajos sluoksnį. Esant aukštos temperatūros ar perkrovos sąlygoms, didėja elektrolitų klampumas, o ličio jonų pernešimo efektyvumas mažėja. Pavyzdžiui, kai akumuliatorius yra aukštos temperatūros aplinkoje, elektrolitų klampumas didėja, o ličio jonų migracijos greitis sulėtėja, todėl padidėja vidinis akumuliatoriaus atsparumas.
3. Krūtinės kolekcionierius ir skirtukų skilimas
Aliuminio\/vario folijos oksidacija ar korozija padidina kontakto atsparumą (įprasta aukšto drėgnumo aplinkoje). Virtualus skirtukų suvirinimo taškų suvirinimas arba medžiagų nuovargis (pvz., Vibracijos sąlygomis) sukelia vietinį atsparumą dauginant. Naudojant akumuliatorių, dabartinis kolekcionierius ir skirtukai gali atlikti oksidaciją ar koroziją dėl aplinkos veiksnių, todėl padidėja atsparumas kontaktui. Tuo pačiu metu virtualus suvirinimo taškų suvirinimo taškų ar medžiagų nuovargis taip pat gali padidinti vietinį atsparumą.
Ii) proceso defektų superpozicija
1.neliginis elektrodų lakštų danga
Arealinio tankio svyravimai (± 5% ar daugiau) lemia nelygią srovės pasiskirstymą ir žymiai padidėja vietos poliarizacijos atsparumas. Jei elektrodų lakštų danga yra nevienoda, tai sukels nevienodą srovės pasiskirstymą akumuliatoriaus viduje, kai tam tikrose vietose yra per daug aukštas srovės tankis, todėl padidėja atsparumas vietinei poliarizacijai.
2.Klaidos kaupimo\/apvijos procesuose
Dėl netinkamo elektrodų lakštų kontaktų su kraštu jie kontaktai sukelia, padidindamas mikrobangų grandinių riziką ir papildomą varžą. Baterijų gamybos metu, jei kaupimo ar apvijos procese yra klaidų, tai gali sukelti elektrodo lakštų netinkamą suderinimą, dėl kurio kontaktas su kraštu, padidindama mikro-trumpų grandinių riziką ir papildomą varžą.
3.Nepakankamas elektrolitų įpurškimas ir drėkinimas
Elektrolitas nevisiškai prasiskverbia į separatoriaus poras (drėkinimo laipsnis <90%), blokuojantys jonų kanalus. Jei elektrolitas nevisiškai prasiskverbia į separatoriaus poras, jis blokuos jonų kanalus, sulėtins ličio jonų migracijos greitį ir padidins vidinį akumuliatoriaus atsparumą.
Iii) Naudojimo aplinkos ir darbo sąlygų poveikis
1.Žemos temperatūros aplinka
Joninis elektrolito laidumas mažėja daugiau nei 50%, ir padidėja ir ominės varžos, ir polarizacijos atsparumas. Žemos temperatūros aplinkoje elektrolito joninis laidumas žymiai mažėja, todėl padidėja akumuliatoriaus ominės atsparumas ir atsparumas poliarizacijai.
2.Aukšto lygio įkrovimas ir išmetimas
Koncentracijos poliarizacija sustiprėja, įtampos platforma griūva, o efektyvus vidinis pasipriešinimas padidėja 20% - 40%. Kai akumuliatoriui įkraunama ir išleidžiama didelio laipsnio įkrovimas, jonų koncentracija šalia elektrodo paviršiaus greitai keičiasi, todėl padidėja koncentracijos poliarizacija ir padidėja akumuliatoriaus efektyvus vidinis atsparumas.
3.Ilgalaikis dviračių sportas
Kaupiamasis poveikis, pavyzdžiui, aktyviojo ličio praradimas ir sumažėjęs elektrodų poringumas, lemia metinį vidinio pasipriešinimo augimo greitį, viršijantį 5%. Ilgalaikio dviračių naudojimo akumuliatoriaus metu, aktyvaus ličio, palaipsniui mažėja ir elektrodų poringumas. Dėl šių kumuliacinių poveikių metinis vidinio pasipriešinimo augimo greitis viršija 5%.
(Iv) Vietinis perkaitimas ir konstrukcinė žala, kurią sukelia trumposios grandinės
1. LOCAL perkaitimas
Didelė srovė, susidaranti per trumpą jungtį, sukelia staigų vietinės temperatūros padidėjimą akumuliatoriaus viduje. Aukšta temperatūra pagreitina akumuliatoriaus vidinių medžiagų, tokių kaip elektrolitų skilimas ir elektrodų medžiagų struktūros pokyčiai, skilimą, dar labiau padidina vidinį atsparumą. Pvz., Kai akumuliatorius patiria trumpą jungimą, trumpojo jungimo vieta sukuria didelį šilumos kiekį, todėl vietinė temperatūra pakyla ir elektrolitų skilimas, sudarydamas aukšto sunkumo sąsajos sluoksnį ir padidindamas vidinį akumuliatoriaus atsparumą.
2.Struktūrinė žala
Dėl didžiulės srovės ir šilumos, susidarančios trumpojo jungimo metu, gali sukelti struktūrinį pažeidimą akumuliatoriaus viduje, pavyzdžiui, separatoriaus lydymas ir elektrodo medžiagos deformacija. Šie struktūriniai pažeidimai tiesiogiai veikia akumuliatoriaus jonų ir elektronų transportavimo kanalus, todėl žymiai padidėjo vidinis atsparumas. Pavyzdžiui, aukšta temperatūra, susidaranti trumpojo jungimo metu, gali ištirpdyti separatorių, sukeldamas tiesioginį kontaktą tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų, sudarydama didesnę trumposios jungties srovę, taip pat sugadindama elektrodo medžiagų struktūrą, padidindama akumuliatoriaus vidinį atsparumą.
Iv. Išvada
Ličio baterijų vidinio pasipriešinimo padidėjimo priežastys trumpų jungčių metu yra daugialypės, įskaitant medžiagų lygio šaknies priežastis, proceso defektų superpozicijos poveikį, naudojimo aplinkos ir darbo sąlygų poveikį bei vietinį perkaitimo ir struktūrinį pažeidimą, kurį sukelia trumpos grandinės. Šie veiksniai sąveikauja tarpusavyje, todėl kartu padidėja vidinis atsparumas ličio baterijoms trumpų jungčių metu. Suprasti šias priežastis yra didelę reikšmę ličio baterijų projektavimui, gamyboje, naudojimui ir priežiūrai. Akumuliatoriaus projektavimo etape turėtų būti pasirinktos tinkamos medžiagos ir apdoroti parametrus, optimizuotus, kad būtų sumažintas vidinis akumuliatoriaus pasipriešinimas. Naudojant akumuliatorių, akumuliatorius turėtų būti laikomas atokiau nuo atšiaurios naudojimo aplinkos, tokios kaip aukšta temperatūra, žema temperatūra ir didelė drėgmė, o akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo greitis turėtų būti pagrįstai kontroliuojamas, kad būtų galima prailginti akumuliatoriaus tarnavimo laiką ir užtikrinti akumuliatoriaus saugumą. Tuo pačiu metu, kai baterijoms, kurios jau patyrė trumpą jungimą, reikia laiku atlikti gydymą, kad būtų išvengta rimtesnių saugos problemų. Būsimi tyrimai turėtų dar labiau įsitraukti į vidinio atsparumo padidėjimo ličio akumuliatorių padidėjimo mechanizmą trumpų jungčių metu ir sukurti efektyvesnes akumuliatorių valdymo ir apsaugos technologijas, siekiant pagerinti ličio akumuliatoriaus veikimą ir saugumą.