Der Innenwiderstand ist der Widerstand der Lithiumbatterie, wenn der Strom durch die Batterie fließt. Nach der Testmethode kann er in AC-Innenwiderstand und DC-Innenwiderstand unterteilt werden. Der Innenwiderstand der Batterie ist ein wichtiger Parameter, um die Qualität von Lithium-Ionen-Batterien zu erkennen. Der große Innenwiderstand der Batterie erzeugt eine große Menge an Joule-Wärme und lässt die Temperatur der Batterie ansteigen. Verursacht schwere Auswirkungen. Bei dem Test zur Überprüfung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien durch verschiedene Faktoren ist auch der Innenwiderstand ein wichtiger Untersuchungsparameter. Kombinieren Sie die Materialien und Prozesse von Lithiumbatterien, um mit Ihnen die Faktoren zu teilen, die den Innenwiderstand von Lithiumbatterien beeinflussen.

Im Allgemeinen wird der Innenwiderstand der Batterie in einen ohmschen Innenwiderstand und einen Polarisationsinnenwiderstand unterteilt. Der ohmsche Innenwiderstand setzt sich zusammen aus Elektrodenmaterial, Elektrolyt, Membranwiderstand und dem Übergangswiderstand jedes Teils. Der Polarisationsinnenwiderstand bezieht sich auf den Widerstand, der durch die Polarisation während der elektrochemischen Reaktion verursacht wird, einschließlich des elektrochemischen Polarisationsinnenwiderstands und des Konzentrationspolarisationsinnenwiderstands. Der ohmsche Innenwiderstand der Batterie wird durch die Gesamtleitfähigkeit der Batterie bestimmt, und der Polarisationsinnenwiderstand der Batterie wird durch den Festphasendiffusionskoeffizienten von Lithiumionen im Elektrodenaktivmaterial bestimmt.

Eins, ohmscher Widerstand

Der ohmsche Widerstand ist hauptsächlich in drei Teile unterteilt, einer ist die Ionenimpedanz, der andere ist die elektronische Impedanz und der dritte ist die Kontaktimpedanz. Wir hoffen, dass der Innenwiderstand der Lithiumbatterie so klein wie möglich ist, daher müssen wir bei diesen drei Punkten gezielte Maßnahmen ergreifen, um den ohmschen Innenwiderstand zu reduzieren.

1. Ionenimpedanz
Der Ionenwiderstand von Lithiumbatterien bezieht sich auf den Widerstand gegen die Übertragung von Lithiumionen innerhalb der Batterie. In einer Lithiumbatterie spielen die Lithiumionenwanderungsgeschwindigkeit und die Elektronenleitungsgeschwindigkeit eine ebenso wichtige Rolle, und der Ionenwiderstand wird hauptsächlich durch die positiven und negativen Elektrodenmaterialien, den Separator und den Elektrolyten beeinflusst. Um die Ionenimpedanz zu reduzieren, müssen Sie Folgendes tun:

①Stellen Sie sicher, dass die positiven und negativen Materialien und der Elektrolyt eine gute Benetzbarkeit aufweisen.
Bei der Auslegung des Polschuhs muss eine geeignete Verdichtungsdichte gewählt werden. Ist die Verdichtungsdichte zu groß, kann der Elektrolyt nicht leicht infiltriert werden, was den Ionenwiderstand erhöht. Wenn der während des ersten Ladens und Entladens auf der Oberfläche des aktiven Materials gebildete SEI-Film zu dick ist, erhöht dies beim negativen Polstück auch den Ionenwiderstand. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, den Bildungsprozess der Batterie anzupassen, um ihn zu lösen.

②Einfluss von Elektrolyt
Der Elektrolyt muss die entsprechende Konzentration, Viskosität und Leitfähigkeit aufweisen. Wenn die Viskosität des Elektrolyten zu hoch ist, ist dies der Infiltration zwischen dem Elektrolyten und den aktiven Materialien der positiven und negativen Elektroden nicht förderlich. Gleichzeitig benötigt der Elektrolyt auch eine niedrige Konzentration, eine zu hohe Konzentration ist auch nicht förderlich für sein Fließen und Infiltrieren. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist der wichtigste Faktor für den Ionenwiderstand, der die Wanderung von Ionen bestimmt.

③Der Einfluss des Diaphragmas auf die Ionenimpedanz
Die Haupteinflussfaktoren des Diaphragmas auf den Ionenwiderstand sind: Elektrolytverteilung im Diaphragma, Diaphragmafläche, Dicke, Porengröße, Porosität und Tortuositätskoeffizient. Bei Keramikdiaphragmen muss außerdem verhindert werden, dass Keramikpartikel die Poren des Diaphragmas verstopfen, was dem Durchtritt von Ionen nicht förderlich ist. Während sichergestellt wird, dass der Elektrolyt vollständig in das Diaphragma infiltriert ist, sollte kein überschüssiger Elektrolyt darin verbleiben, was die Wirksamkeit des Elektrolyten verringert.

2. Elektronische Impedanz
Es gibt viele Einflussfaktoren der elektronischen Impedanz, die unter anderem durch Materialien und Prozesse verbessert werden können.

①Plus- und Minuspolplatten
Die Hauptfaktoren, die die elektronische Impedanz der positiven und negativen Platten beeinflussen, sind: der Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor, die Faktoren des aktiven Materials selbst und die Parameter der Platte. Das Aktivmaterial sollte in vollem Kontakt mit der Stromkollektoroberfläche sein, was an der Stromkollektor-Kupferfolie, dem Aluminiumfolien-Basismaterial und der Haftung der positiven und negativen Elektrodenpasten zu erkennen ist. Die Porosität des lebenden Materials selbst, die Nebenprodukte auf der Oberfläche der Partikel und das ungleichmäßige Mischen mit dem leitfähigen Mittel usw. bewirken, dass sich die elektronische Impedanz ändert. Polarplattenparameter wie die Dichte der lebenden Materie sind zu klein, der Abstand zwischen den Teilchen ist zu groß, was der Elektronenleitung nicht förderlich ist.

② Membran
Die Haupteinflussfaktoren des Diaphragmas auf die elektronische Impedanz sind: die Dicke des Diaphragmas, die Porosität und die Nebenprodukte beim Lade- und Entladevorgang. Die ersten beiden sind leicht zu verstehen. Nach dem Zerlegen der Batterie befindet sich auf dem Separator häufig eine dicke Schicht braunen Materials, einschließlich der negativen Graphitelektrode und ihrer Reaktionsnebenprodukte, die die Membranporen verstopfen und die Lebensdauer der Batterie verringern.

③ Stromabnehmer Basismaterial
Das Material, die Dicke, die Breite des Stromkollektors und der Kontaktgrad mit den Laschen beeinflussen alle die elektronische Impedanz. Der Stromkollektor muss ein Substrat wählen, das nicht oxidiert und passiviert wurde, da es sonst die Impedanz beeinflusst. Eine schlechte Verschweißung zwischen Kupfer- und Aluminiumfolie und Laschen wirkt sich ebenfalls auf die elektronische Impedanz aus.

3. Kontaktwiderstand
Zwischen dem Kontakt zwischen der Kupfer- und Aluminiumfolie und dem Aktivmaterial wird ein Übergangswiderstand gebildet, und die Haftfähigkeit der positiven und negativen Elektrodenpasten muss beachtet werden.

2. Polarisierter Innenwiderstand

Wenn Strom durch die Elektroden fließt, wird das Phänomen, dass das Elektrodenpotential vom Gleichgewichtselektrodenpotential abweicht, als Elektrodenpolarisation bezeichnet. Polarisation umfasst ohmsche Polarisation, elektrochemische Polarisation und Konzentrationspolarisation, wie in Abbildung 1 gezeigt. Der Polarisationswiderstand bezieht sich auf den Innenwiderstand, der durch die Polarisation der positiven Elektrode und der negativen Elektrode der Batterie während der elektrochemischen Reaktion verursacht wird. Sie kann die innere Konsistenz der Batterie widerspiegeln, ist jedoch aufgrund des Einflusses von Betrieb und Methode nicht für die Produktion geeignet. Der interne Polarisationswiderstand ist nicht konstant und ändert sich mit der Zeit während des Lade- und Entladevorgangs. Dies liegt daran, dass sich die Zusammensetzung des Aktivmaterials, die Konzentration und die Temperatur des Elektrolyten ständig ändern. Der ohmsche Innenwiderstand gehorcht dem Ohmschen Gesetz, und der Polarisations-Innenwiderstand nimmt mit zunehmender Stromdichte zu, aber es handelt sich nicht um einen linearen Zusammenhang. Sie steigt oft linear mit zunehmendem Logarithmus der Stromdichte an.

OCV-Arbeitsspannung-Polarisationsspannungs-Beziehungsdiagramm

Im Allgemeinen ist der DC-Innenwiderstand der Batterie gleich der Summe des Polarisations-Innenwiderstands und des ohmschen Innenwiderstands. Die Messung des DC-Innenwiderstands ist von großer Bedeutung. Es gibt viele Faktoren, die den Innenwiderstand der Polarisation beeinflussen, wie Lade- und Entladerate, Umgebungstemperatur, SOC-Zustand, Elektrolytkonzentration usw. Hier ein Beispiel für den Temperatureinfluss auf den Innenwiderstand von Lithium-Eisenphosphat-Batterien. Wer relevante Literatur benötigt, kann sich privat an den Herausgeber wenden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Drittens die derzeit in der Industrie verwendete Methode zur Messung des Innenwiderstands von Batterien

In Industrieanwendungen wird die genaue Messung des Batterieinnenwiderstands durch spezielle Geräte durchgeführt. Derzeit werden in der Industrie hauptsächlich die folgenden zwei Methoden zur Messung des Batterieinnenwiderstands verwendet:

1. DC-Entladungs-Innenwiderstandsmessverfahren

Gemäß der physikalischen Formel R=U/I zwingt das Testgerät die Batterie, in kurzer Zeit (normalerweise 2 to 3 Sekunden) einen großen konstanten Gleichstrom durchzulassen (derzeit wird im Allgemeinen ein großer Strom von 40A bis 80A verwendet), und die Batterie ist zu diesem Zeitpunkt gemessen Die Spannung an beiden Enden und der aktuelle Innenwiderstand der Batterie werden nach der Formel berechnet.

Die Genauigkeit dieser Messmethode ist relativ hoch. Bei richtiger Steuerung kann der Messgenauigkeitsfehler innerhalb von 0,1% kontrolliert werden. Aber diese Methode hat offensichtliche Mängel:

(1) Es kann nur Batterien oder Akkumulatoren mit großer Kapazität messen, und Batterien mit kleiner Kapazität können einen großen Strom von 40A-80A nicht innerhalb von 2 to 3 Sekunden laden;

(2) WWenn die Batterie einen großen Strom durchlässt, werden die Elektroden in der Batterie polarisiert, was zu einem polarisierten Innenwiderstand führt. Daher muss die Messzeit sehr kurz sein, sonst weist der gemessene Innenwiderstandswert einen großen Fehler auf;

(3) TDer große Strom, der durch die Batterie fließt, schädigt die Innenelektroden der Batterie bis zu einem gewissen Grad.

2. AC Druckabfall-Innenwiderstandsmessverfahren

Da die Batterie tatsächlich einem aktiven Widerstand entspricht, legen wir eine feste Frequenz und einen festen Strom an die Batterie an (derzeit werden im Allgemeinen eine Frequenz von 1 kHz und ein kleiner Strom von 50m A verwendet) und dann ihre Spannung abgetastet und eine Reihe von Verarbeitungsvorgängen durchgeführt, z B. Richten und Filtern. Berechnen Sie dann den Innenwiderstand der Batterie über die Operationsverstärkerschaltung. Die Batteriemesszeit des AC-Spannungsabfall-Innenwiderstandsmessverfahrens ist extrem kurz, im Allgemeinen ungefähr 100 m Millisekunden.

Die Genauigkeit dieser Messmethode ist ebenfalls gut und der Messgenauigkeitsfehler liegt im Allgemeinen zwischen 1% a und 2%.

Die Vor- und Nachteile dieser Methode:
(1) Alfast alle Batterien können mit der AC-Spannungsabfall-Innenwiderstands-Messmethode gemessen werden, einschließlich Batterien mit kleiner Kapazität. Diese Methode wird im Allgemeinen verwendet, um den Innenwiderstand von Laptop-Batteriezellen zu messen.

(2) TDie Messgenauigkeit des AC-Spannungsabfall-Messverfahrens wird wahrscheinlich durch den Welligkeitsstrom beeinflusst, und es besteht auch die Möglichkeit von harmonischen Stromstörungen. Dies ist ein Test für die Entstörungsfähigkeit des Messgerätestromkreises

(3) TDiese Methode wird der Batterie selbst nicht viel Schaden zufügen.

(4) TDie Messgenauigkeit des AC-Spannungsabfall-Messverfahrens ist nicht so gut wie die des DC-Entladungs-Innenwiderstands-Messverfahrens.