I. Bevezetés
A lítium akkumulátorokat, mint fontos energiatároló eszközt, széles körben alkalmazták a modern társadalomban, például az elektromos járművekben és a hordozható elektronikus eszközökben. A lítium akkumulátorok használat közben azonban rövidzárlatot tapasztalhatnak, ami nemcsak az akkumulátor teljesítményét befolyásolja, hanem komoly biztonsági kérdéseket is kiválthat, például a tüzek és a robbanások. A belső ellenállás az egyik legfontosabb mutató a lítium akkumulátor teljesítményének méréséhez. A belső ellenállás növekedése az akkumulátor kisülési kapacitásának csökkenéséhez, a kapacitás csökkentéséhez és a rövidített szolgáltatási élettartamhoz vezet. Ezért fontos elméleti és gyakorlati szignifikancia a lítium akkumulátorok belső ellenállásának növekedésének okainak tanulmányozása.
Ii. A lítium akkumulátor belső ellenállásának összetétele
A lítium akkumulátor belső ellenállása elsősorban ohmikus ellenállásból és polarizációs ellenállásból áll. Az ohmikus ellenállás magukban foglalja az elektródák ellenállását, az elektrolit -oldat ellenállását, a szeparátor mikropórusán áthaladó ionok általi ellenállást, valamint a pozitív\/negatív elektródák és az elválasztó közötti érintkezési ellenállást. A polarizációs ellenállás az elektróda polarizációja miatt kialakult vezetőképes ellenállás az akkumulátor töltése és a kisülés során, ideértve az elektrokémiai polarizációt és a koncentráció polarizációját. Az elektrokémiai polarizációt az elektróda reakciók lassúságának okozza, míg a koncentráció polarizációját az ionkoncentráció változása okozza az elektród felülete közelében.
Iii. A lítium akkumulátorok belső ellenállásának okainak okainak elemzése rövidzárlatok során
(I) Anyagszintű kiváltó okok
1. A pozitív és negatív aktív anyagok lebontása
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). A lítium -dendritek növekedése az elválasztót kiszivárogtathatja, és az akkumulátor rövidzárlatát okozhatja, míg egy túl vastag SEI -film akadályozhatja a lítium -ion migrációját és növeli az akkumulátor belső ellenállását.
2.Lectrolyte öregedés és interfészproblémák
Az elektrolit bomlási termékek (például a LIF, Li₂co₃) felhalmozódnak az elektród felületén, és nagy impedancia interfészréteget képeznek. Magas hőmérsékleten vagy túlterhelés mellett az elektrolit viszkozitása növekszik, és a lítium-ionszállítás hatékonysága csökken. Például, ha egy akkumulátor magas hőmérsékletű környezetben van, az elektrolit viszkozitása növekszik, és a lítium-ionok migrációs sebessége lelassul, ami az akkumulátor belső ellenállásának növekedéséhez vezet.
3. A Current Collector és a Tab lebomlása
Az alumínium\/rézfólia oxidációja vagy korróziója az érintkezési ellenállás növekedéséhez vezet (általános a magas humumitási környezetben). A fülhegesztési pontok vagy az anyagi fáradtság virtuális hegesztése (például rezgési körülmények között) helyi ellenállást okoz. Az akkumulátor használata során az áramgyűjtő és a fülek környezeti tényezők miatt oxidáción vagy korrózión mennek keresztül, ami az érintkezési ellenállás növekedéséhez vezethet. Ugyanakkor a fülhegesztési pontok vagy az anyagi fáradtság virtuális hegesztése szintén növelheti a helyi ellenállást.
(Ii) A folyamathibák szuperpozíciós hatása
1. Az elektródlapok bevonása
A terület sűrűségének ingadozása (legalább 5%) egyenetlen árameloszláshoz és a helyi polarizációs ellenállás jelentős növekedéséhez vezet. Ha az elektródlemezek bevonása egyenetlen, akkor az akkumulátoron belüli egyenetlen áram eloszlást eredményez, és bizonyos területeken túl nagy a sűrűség, ezáltal növeli a helyi polarizációs ellenállást.
2.Hiba a halmozás\/kanyargós folyamatokban
Az elektródlapok eltérése a szélsőséges érintkezéshez vezet, növelve a mikro-rövid áramkörök kockázatát és a kiegészítő impedanciát. Az akkumulátorgyártás során, ha hibák vannak a rakási vagy tekercselési folyamatban, akkor az elektródlapok eltérítését okozhatja, ami a szélsőséges érintkezéshez vezethet, növelve a mikro-rövid áramkörök kockázatát és a kiegészítő impedanciát.
3.Nem elegendő elektrolit -befecskendezés és nedvesítés
Az elektrolit nem hatol be teljesen az elválasztó pórusokba (nedvesítési fok <90%), blokkolva az ioncsatornákat. Ha az elektrolit nem hatol be teljesen az elválasztó pórusokba, akkor blokkolja az ioncsatornákat, lelassítja a lítium -ionok migrációs sebességét, és növeli az akkumulátor belső ellenállását.
(Iii) A használati környezet és a működési feltételek hatása
1.Alacsony hőmérsékleti környezet
Az elektrolit ionvezetőképessége több mint 50%-kal csökken, és az ohmikus ellenállás és a polarizációs ellenállás növekszik. Alacsony hőmérsékleti környezetben az elektrolit ionvezetőképessége jelentősen csökken, ami az akkumulátor ohmikus ellenállásának és a polarizációs ellenállásának növekedéséhez vezet.
2.Nagy sebességű töltés és kisülés
A koncentráció polarizációja fokozódik, a feszültségplatform összeomlik, és a tényleges belső ellenállás 20% -kal növekszik. Amikor egy akkumulátor nagysebességű töltésen és ürítésen megy keresztül, az ionkoncentráció az elektród felülete közelében gyorsan megváltozik, ami fokozott koncentráció-polarizációt és az akkumulátor hatékony belső ellenállásának növekedését eredményezi.
3.Hosszú távú kerékpározás öregedés
A kumulatív hatások, például az aktív lítiumvesztés és az elektróda porozitásának csökkenése az éves belső ellenállás növekedési üteméhez vezet, amely meghaladja az 5%-ot. Az akkumulátor hosszú távú kerékpáros használata során az aktív lítium fokozatosan kimerül, és az elektróda porozitása szintén csökken. Ezek a kumulatív hatások az éves belső ellenállás növekedési üteméhez vezetnek, amely meghaladja az 5%-ot.
(Iv) A rövidzárlatok által okozott helyi túlmelegedés és szerkezeti károk
1. Lokális túlmelegedés
A rövidzárlat során előállított nagy áram az akkumulátorban a helyi hőmérséklet hirtelen növekedéséhez vezet. A magas hőmérsékletek felgyorsítják az akkumulátor belső anyagának lebomlását, például az elektrolit bomlását és az elektróda anyag szerkezetének változásait, tovább növelve a belső ellenállást. Például, amikor egy akkumulátor rövidzárlatot tapasztal, a rövidzárlat nagy mennyiségű hőt generál, ami a helyi hőmérséklet emelkedését és az elektrolit bomlását eredményezi, nagy impedanciájú interfészréteget képezve és növelve az akkumulátor belső ellenállását.
2. strukturális károk
A rövidzárlat során előállított hatalmas áram és hő szerkezeti károkat okozhat az akkumulátor belsejében, például az elválasztó olvadása és az elektróda anyag deformációja. Ezek a szerkezeti károk közvetlenül befolyásolják az akkumulátor ion- és elektronszállító csatornáit, ami a belső ellenállás jelentős növekedéséhez vezet. Például a rövidzárlat során előállított magas hőmérséklet megolvadhatja az elválasztót, és közvetlen érintkezést okozhat a pozitív és a negatív elektródok között, nagyobb rövidzárlatot képezve, és károsítva az elektródaanyagok szerkezetét, növelve az akkumulátor belső ellenállását.
Iv. Következtetés
A lítium akkumulátorok belső ellenállásának növekedésének okai a rövidzárlatok során sokrétűek, ideértve az anyagi szintű gyökér okait, a folyamathiány szuperpozíciós hatását, a felhasználási környezet és a működési körülmények hatását, valamint a rövid áramkörök által okozott helyi túlmelegedést és szerkezeti károkat. Ezek a tényezők kölcsönhatásba lépnek egymással, együttesen a lítium akkumulátorok belső ellenállásának növekedéséhez vezetnek rövidzárlatok során. Ezen okok megértése nagy jelentőséggel bír a lítium akkumulátorok tervezésében, gyártásában, felhasználásában és karbantartásában. Az akkumulátor kialakításának szakaszában a megfelelő anyagokat kell kiválasztani, és a paramétereket optimalizálni kell az akkumulátor belső ellenállásának csökkentése érdekében. Az akkumulátor használatakor az akkumulátort távol kell tartani a szigorú használati környezettől, például a magas hőmérsékleteket, az alacsony hőmérsékleteket és a magas páratartalmat, és az akkumulátor töltési és kisülési sebességét ésszerűen ellenőrizni kell az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása és az akkumulátor biztonságának biztosítása érdekében. Ugyanakkor az olyan akkumulátorok esetében, amelyek már rövidzárlatot tapasztaltak, időszerű kezelést kell végezni a komolyabb biztonsági kérdések kiváltásának elkerülése érdekében. A jövőbeli kutatásoknak tovább kell belemerülniük a lítium akkumulátorok belső ellenállásának növekedésének mechanizmusába, és hatékonyabb akkumulátorkezelési és védelmi technológiákat kell kidolgozniuk a lítium akkumulátor teljesítményének és biztonságának javítása érdekében.