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Progettazione della struttura di resistenza interna della batteria agli ioni di litio e influenza delle prestazioni delle materie prime

2023-04-13
Con l'uso di batterie agli ioni di litio, le prestazioni della batteria continuano a diminuire, manifestandosi principalmente come decadimento della capacità, aumento della resistenza interna, calo di potenza, ecc. Il cambio della batteria interna ...

Con l'uso di batterie agli ioni di litio, le prestazioni della batteria continuano a diminuire, manifestandosi principalmente come calo della capacità, aumento della resistenza interna, caduta di potenza, ecc. La variazione della resistenza interna della batteria è influenzata da varie condizioni come temperatura e scarica profondità. Pertanto, questo documento spiega principalmente i fattori che influenzano la resistenza interna delle batterie dagli aspetti del design della struttura della batteria e dalle prestazioni delle materie prime.

 

Ⅰ. Influenza del design della struttura della batteria agli ioni di litio

 

Nella progettazione della struttura della batteria, oltre alla rivettatura e alla saldatura della struttura della batteria stessa, il numero, le dimensioni e la posizione delle linguette della batteria influiscono direttamente sulla resistenza interna della batteria. In una certa misura, l'aumento del numero di schede può ridurre efficacemente la resistenza interna della batteria. La posizione delle linguette può anche influenzare la resistenza interna della batteria. La resistenza interna della batteria a spirale con la posizione della linguetta in testa agli elettrodi positivi e negativi è la più grande. Rispetto alla batteria a spirale, la batteria laminata equivale a dozzine di piccole batterie. Collegato in parallelo, la resistenza interna è minore.

 

Ⅱ. Le prestazioni delle materie prime per batterie agli ioni di litio

 

1. Materiali attivi positivi e negativi

 

I materiali dell'elettrodo positivo nelle batterie al litio sono ossidi di metalli di transizione e fosfuri contenenti litio, come LiCoO2, LiFePO4, ecc., che determinano le prestazioni delle batterie al litio. I materiali dell'elettrodo positivo migliorano principalmente la conducibilità elettronica tra le particelle mediante rivestimento e drogaggio. Ad esempio, dopo il drogaggio Ni, la forza del legame P-O viene migliorata, la struttura di LiFePO4/C viene stabilizzata, il volume della cella unitaria viene ottimizzato e la resistenza al trasferimento di carica del materiale dell'elettrodo positivo può essere efficacemente ridotta. p>

 

Secondo l'analisi di simulazione del modello di accoppiamento termico elettrochimico, in condizioni di scarica ad alta velocità, la polarizzazione di attivazione, in particolare il significativo aumento della polarizzazione di attivazione dell'elettrodo negativo, è la ragione principale della grave polarizzazione. Ridurre la dimensione delle particelle dell'elettrodo negativo può ridurre efficacemente la polarizzazione di attivazione dell'elettrodo negativo. Quando la dimensione delle particelle della fase solida dell'elettrodo negativo viene ridotta della metà, la polarizzazione di attivazione può essere ridotta del 45%. Pertanto, per quanto riguarda la progettazione delle batterie agli ioni di litio, è essenziale anche la ricerca sul miglioramento degli stessi materiali degli elettrodi positivi e negativi.

 

2. Agente conduttivo

 

La grafite e il nerofumo sono ampiamente utilizzati nel campo delle batterie agli ioni di litio grazie alle loro buone proprietà. Rispetto agli agenti conduttivi a base di grafite, le prestazioni della velocità della batteria dell'aggiunta di agenti conduttivi a base di nerofumo all'elettrodo positivo sono migliori, poiché gli agenti conduttivi a base di grafite hanno una forma di particelle a fiocchi, che provoca un notevole aumento del coefficiente di tortuosità dei pori sotto alto ingrandimento ed è incline alla diffusione in fase liquida Li. Il fenomeno è che il processo limita la capacità di scarica.

 

La resistenza interna della batteria aggiunta con i CNT è inferiore perché rispetto al punto di contatto tra grafite/nero di carbonio e il materiale attivo, il nanotubo di carbonio fibroso e il materiale attivo sono in contatto di linea, il che può ridurre l'impedenza dell'interfaccia di la batteria.

 

3. Collezionista attuale

 

Ridurre la resistenza di interfaccia tra il collettore di corrente e il materiale attivo e migliorare la forza di legame tra i due sono mezzi importanti per migliorare le prestazioni delle batterie al litio. Il rivestimento conduttivo di carbonio sulla superficie del foglio di alluminio e il trattamento corona del foglio di alluminio possono ridurre efficacemente l'impedenza interfacciale della batteria. Rispetto al normale foglio di alluminio, l'uso di un foglio di alluminio rivestito di carbonio può ridurre la resistenza interna della batteria di circa il 65% e può ridurre l'aumento della resistenza interna della batteria agli ioni di litio durante l'uso.

 

La resistenza interna CA del foglio di alluminio trattato corona può essere ridotta di circa il 20%. Nell'intervallo comunemente utilizzato dal 20% al 90% SOC, la resistenza interna CC complessiva è relativamente piccola e l'aumento è gradualmente minore con l'aumento della profondità di scarica.

 

4. Separatore di batterie

 

La conduzione degli ioni all'interno della batteria dipende dalla diffusione degli ioni Li nell'elettrolita attraverso i pori del separatore. L'assorbimento di liquidi e la capacità di bagnatura del separatore è la chiave per formare un buon canale di flusso ionico. Quando il separatore ha un tasso di assorbimento del liquido più elevato e una struttura porosa, può essere migliorato. La conduttività riduce l'impedenza della batteria e migliora le prestazioni di velocità della batteria.

 

Rispetto ai normali separatori di base, i separatori ceramici e i separatori rivestiti in gomma possono non solo migliorare notevolmente la resistenza al restringimento ad alta temperatura del separatore, ma anche migliorare l'assorbimento di liquidi e la capacità di bagnatura del separatore. L'aggiunta di rivestimento ceramico SiO2 al separatore in PP può far sì che il separatore assorba il volume del liquido aumentato del 17%. Il rivestimento PVDF-HFP da 1 μm sul separatore composito PP/PE aumenta il tasso di assorbimento del liquido del separatore dal 70% all'82% e la resistenza interna della cella diminuisce di oltre il 20%.

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