I. Pengenalan
Bateri lithium, sebagai peranti penyimpanan tenaga yang penting, telah digunakan secara meluas dalam masyarakat moden, seperti dalam kenderaan elektrik dan peranti elektronik mudah alih. Walau bagaimanapun, bateri litium mungkin mengalami litar pintas semasa penggunaan, yang bukan sahaja mempengaruhi prestasi bateri tetapi juga boleh mencetuskan masalah keselamatan yang serius, seperti kebakaran dan letupan. Rintangan dalaman adalah salah satu petunjuk utama untuk mengukur prestasi bateri lithium. Peningkatan rintangan dalaman membawa kepada penurunan kapasiti pelepasan bateri, pengurangan kapasiti, dan hayat perkhidmatan yang dipendekkan. Oleh itu, mengkaji punca peningkatan rintangan dalaman dalam bateri litium semasa litar pintas mempunyai kepentingan teori dan praktikal yang penting.
Ii. Komposisi rintangan dalaman bateri lithium
Rintangan dalaman bateri lithium terutamanya terdiri daripada rintangan ohmik dan rintangan polarisasi. Rintangan Ohmic termasuk rintangan elektrod itu sendiri, rintangan larutan elektrolit, rintangan yang ditemui oleh ion yang melalui micropores pemisah, dan rintangan hubungan antara elektrod positif\/negatif dan pemisah. Rintangan polarisasi adalah rintangan konduktif yang terbentuk disebabkan oleh polarisasi elektrod semasa pengecasan bateri dan pelepasan, termasuk polarisasi elektrokimia dan polarisasi kepekatan. Polarisasi elektrokimia disebabkan oleh keletihan tindak balas elektrod, manakala polarisasi kepekatan disebabkan oleh perubahan kepekatan ion berhampiran permukaan elektrod.
Iii. Analisis penyebab peningkatan rintangan dalaman dalam bateri litium semasa litar pintas
(I) penyebab utama tahap bahan
1. Menggabungkan bahan aktif positif dan negatif
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). Pertumbuhan dendrit litium dapat menusuk pemisah, menyebabkan litar pintas bateri, sementara filem SEI yang tebal dapat menghalang penghijrahan ion lithium dan meningkatkan rintangan dalaman bateri.
2. Electrolyte Penuaan dan Masalah Antara Muka
Produk penguraian elektrolit (seperti lif, li₂co₃) berkumpul di permukaan elektrod, membentuk lapisan antara muka impedans tinggi. Di bawah keadaan suhu tinggi atau berlebihan, kelikatan elektrolit meningkat, dan kecekapan pengangkutan ion litium berkurangan. Sebagai contoh, apabila bateri berada dalam persekitaran suhu tinggi, kelikatan elektrolit meningkat, dan kadar penghijrahan ion lithium melambatkan, yang membawa kepada peningkatan rintangan dalaman bateri.
3. Pemungut dan kemerosotan tab semasa
Pengoksidaan atau kakisan aluminium\/foil tembaga membawa kepada peningkatan rintangan sentuhan (biasa dalam persekitaran yang tinggi). Kimpalan maya Tab Kimpalan Tab atau Keletihan Bahan (seperti di bawah keadaan getaran) menyebabkan rintangan tempatan untuk membiak. Semasa penggunaan bateri, pemungut dan tab semasa mungkin menjalani pengoksidaan atau kakisan akibat faktor persekitaran, yang membawa kepada peningkatan rintangan hubungan. Pada masa yang sama, kimpalan maya titik kimpalan tab atau keletihan bahan juga boleh meningkatkan rintangan tempatan.
(Ii) kesan superposisi kecacatan proses
1. Lapisan helaian elektrod
Perubahan dalam ketumpatan areal (± 5% atau lebih) membawa kepada pengedaran semasa yang tidak sekata dan peningkatan yang ketara dalam rintangan polarisasi tempatan. Sekiranya salutan lembaran elektrod tidak sekata, ia akan mengakibatkan pengedaran semasa yang tidak sekata di dalam bateri, dengan kawasan tertentu yang mempunyai kepadatan semasa yang terlalu tinggi, dengan itu menyebabkan peningkatan rintangan polarisasi tempatan.
2.Kesalahan dalam proses menyusun\/berliku
Misalignment lembaran elektrod membawa kepada hubungan Burr Edge, meningkatkan risiko litar-litar pendek dan impedans tambahan. Semasa pembuatan bateri, jika terdapat kesilapan dalam proses penyusunan atau penggulungan, ia boleh menyebabkan misalignment lembaran elektrod, yang membawa kepada hubungan Burr Edge, meningkatkan risiko litar mikro-pendek dan impedans tambahan.
3.Suntikan dan pembasahan elektrolit yang tidak mencukupi
Elektrolit tidak sepenuhnya menembusi liang pemisah (ijazah pembasahan <90%), menyekat saluran ion. Jika elektrolit tidak sepenuhnya menembusi liang pemisah, ia akan menyekat saluran ion, melambatkan kadar penghijrahan ion lithium, dan meningkatkan rintangan dalaman bateri.
(Iii) kesan persekitaran penggunaan dan keadaan operasi
1.Persekitaran suhu rendah
Kekonduksian ionik elektrolit menurun sebanyak lebih daripada 50%, dan kedua -dua rintangan rintangan dan rintangan polarisasi ohmik. Dalam persekitaran suhu rendah, kekonduksian ionik elektrolit berkurangan, yang membawa kepada peningkatan rintangan ohmik bateri dan rintangan polarisasi.
2.Pengecasan dan pelepasan tinggi
Polarisasi kepekatan semakin meningkat, platform voltan runtuh, dan rintangan dalaman yang berkesan meningkat sebanyak 20% - 40%. Apabila bateri mengalami pengecasan dan pengisytiharan tinggi, kepekatan ion berhampiran permukaan elektrod dengan cepat berubah, yang membawa kepada polarisasi kepekatan yang semakin meningkat dan peningkatan bateri yang berkesan dalaman.
3.Penuaan Berbasikal Jangka Panjang
Kesan kumulatif seperti kehilangan litium aktif dan penurunan keliangan elektrod membawa kepada kadar pertumbuhan rintangan dalaman tahunan melebihi 5%. Semasa penggunaan berbasikal jangka panjang bateri, litium aktif secara beransur-ansur berkurang, dan porositas elektrod juga berkurangan. Kesan kumulatif ini membawa kepada kadar pertumbuhan rintangan dalaman tahunan melebihi 5%.
(Iv) kerosakan terlalu panas dan struktur tempatan yang disebabkan oleh litar pintas
1. terlalu panas
Arus besar yang dihasilkan semasa litar pintas membawa kepada peningkatan yang ketara dalam suhu tempatan di dalam bateri. Suhu tinggi mempercepatkan kemerosotan bahan dalaman bateri, seperti penguraian elektrolit dan perubahan struktur bahan elektrod, meningkatkan lagi rintangan dalaman. Sebagai contoh, apabila bateri mengalami litar pintas, lokasi litar pintas menghasilkan sejumlah besar haba, menyebabkan suhu tempatan meningkat dan penguraian elektrolit, membentuk lapisan antara muka impedans tinggi dan meningkatkan rintangan dalaman bateri.
2. Kerosakan struktur
Arus besar dan haba yang dihasilkan semasa litar pintas boleh menyebabkan kerosakan struktur di dalam bateri, seperti pencairan pemisah dan ubah bentuk bahan elektrod. Kerosakan struktur ini secara langsung menjejaskan saluran pengangkutan ion dan elektron bateri, yang membawa kepada peningkatan yang ketara dalam rintangan dalaman. Sebagai contoh, suhu tinggi yang dihasilkan semasa litar pintas boleh mencairkan pemisah, menyebabkan hubungan langsung antara elektrod positif dan negatif, membentuk arus litar pintas yang lebih besar, dan juga merosakkan struktur bahan elektrod, meningkatkan rintangan dalaman bateri.
Iv. Kesimpulan
Punca peningkatan rintangan dalaman dalam bateri litium semasa litar pintas adalah pelbagai, termasuk punca akar peringkat bahan, kesan superposisi kecacatan proses, kesan persekitaran penggunaan dan keadaan operasi, dan kerosakan overheating tempatan dan struktur yang disebabkan oleh litar pintas. Faktor -faktor ini berinteraksi antara satu sama lain, secara kolektif membawa kepada peningkatan rintangan dalaman dalam bateri litium semasa litar pintas. Memahami sebab -sebab ini sangat penting untuk reka bentuk, pembuatan, penggunaan, dan penyelenggaraan bateri litium. Dalam peringkat reka bentuk bateri, bahan yang sesuai harus dipilih dan parameter proses yang dioptimumkan untuk mengurangkan rintangan dalaman bateri. Semasa penggunaan bateri, bateri harus disimpan dari persekitaran penggunaan yang keras, seperti suhu tinggi, suhu rendah, dan kelembapan yang tinggi, dan kadar pengecasan dan pelepasan bateri harus dikawal dengan munasabah untuk memanjangkan hayat perkhidmatan bateri dan memastikan keselamatan bateri. Pada masa yang sama, untuk bateri yang telah mengalami litar pintas, rawatan tepat pada masanya perlu dijalankan untuk mengelakkan daripada mencetuskan isu keselamatan yang lebih serius. Penyelidikan masa depan perlu menyelidiki mekanisme peningkatan rintangan dalaman dalam bateri litium semasa litar pintas dan membangunkan teknologi pengurusan dan perlindungan bateri yang lebih berkesan untuk meningkatkan prestasi dan keselamatan bateri litium.