I. Johdanto
Litium -akkuja tärkeänä energian varastointilaitteena on käytetty laajasti nykyaikaisessa yhteiskunnassa, kuten sähköajoneuvoissa ja kannettavissa elektronisissa laitteissa. Litium -akut voivat kuitenkin kokea oikosulkuja käytön aikana, mikä ei vain vaikuta akun suorituskykyyn, vaan voivat myös laukaista vakavia turvallisuusongelmia, kuten tulipaloja ja räjähdyksiä. Sisäinen vastus on yksi tärkeimmistä indikaattoreista litium -akun suorituskyvyn mittaamiseksi. Sisäisen resistanssin lisääntyminen johtaa akun purkauskyvyn vähentymiseen, kapasiteetin vähentymiseen ja lyhentyneeseen käyttöikäyn. Siksi sisäisen resistenssin syiden tutkimisella litiumparistojen aikana oikosulkujen aikana on tärkeä teoreettinen ja käytännöllinen merkitys.
II. Litiumpariston sisäinen vastus koostumus
Litium -akun sisäinen vastus koostuu pääasiassa ohmisesta vastus- ja polarisaatiokestävyydestä. Ohminen vastus sisältää elektrodien vastus, elektrolyyttiliuoksen vastus, erottimen mikrohuollon läpi kulkevien ionien ja positiivisten\/negatiivisten elektrodien ja erottimen välisen kosketuskestävyyden ja erottimen välinen vastus. Polarisaatiovastus on johtava vastus, joka muodostuu elektrodin polarisaatiosta akun lataamisen ja purkamisen aikana, mukaan lukien sähkökemiallinen polarisaatio ja pitoisuuspolarisaatio. Sähkökemiallinen polarisaatio johtuu elektrodireaktioiden hitaudesta, kun taas pitoisuuden polarisaatio johtuu ionipitoisuuden muutoksista lähellä elektrodin pintaa.
III. Sisäisen resistanssin syiden analyysi litiumparistojen lisäyksen aikana lyhyiden piirien aikana
(I) Materiaalitason perussyyt
1. Positiivisten ja negatiivisten aktiivisten materiaalien hajoaminen
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). Litium -dendriittien kasvu voi puhkaista erottimen, aiheuttaen akun oikosulun, kun taas liian paksu SEI -kalvo voi estää litiumionien siirtymistä ja lisätä akun sisäistä vastustusta.
2.Lektrolyyttien ikääntymis- ja rajapintaongelmat
Elektrolyyttien hajotustuotteet (kuten LIF, li₂co₃) kerääntyvät elektrodin pinnalle muodostaen korkean impedanssin rajapintakerroksen. Korkean lämpötilan tai ylikuormituksen olosuhteissa elektrolyyttien viskositeetti kasvaa ja litiumionien kuljetustehokkuus vähenee. Esimerkiksi, kun akku on korkean lämpötilan ympäristössä, elektrolyytin viskositeetti kasvaa ja litiumionien siirtymisnopeus hidastuu, mikä johtaa akun sisäisen kestävyyden lisääntymiseen.
3.virtakeräilijä ja välilehden heikkeneminen
Alumiini\/kuparikalvon hapettuminen tai korroosio johtaa kosketuskestävyyden lisääntymiseen (yleinen korkean kosteaympäristöissä). Väkkihitsauspisteiden tai materiaalin väsymyksen virtuaalihitsaus (kuten värähtelyolosuhteissa) aiheuttaa paikallisen resistenssin moninkertaistumisen. Akun käytön aikana nykyinen keräilijä ja välilehdet voivat läpikäydä ympäristötekijöistä johtuen hapettumisen tai korroosion, mikä johtaa kosketuskestävyyden lisääntymiseen. Samanaikaisesti välilehden hitsauspisteiden tai materiaalin väsymyksen virtuaalihitsaus voi myös lisätä paikallista vastustusta.
(Ii) Prosessivaurioiden superpositiovaikutus
1. Elektrodilevyjen pinnoite
Varan tiheyden vaihtelut (± 5% tai enemmän) johtavat epätasaiseen virranjakaumaan ja paikallisen polarisaatiokestävyyden merkittävään kasvuun. Jos elektrodilevyjen päällyste on epätasainen, se johtaa epätasaiseen virranjakaumaan akun sisällä, tietyillä alueilla on liian korkeat virrantiheydet, mikä aiheuttaa paikallisen polarisaatiokestävyyden lisääntymisen.
2.Virheet pinoamis-\/käämitysprosesseissa
Elektrodilevyjen väärinkäyttö johtaa Edge Burr -kontaktiin, mikä lisää mikroporttialueiden ja lisäimpedanssin riskiä. Akkujen valmistuksen aikana, jos pinoamis- tai käämitysprosessissa on virheitä, se voi aiheuttaa elektrodilevyjen väärinkäyttämistä, mikä johtaa reuna-burr-kosketukseen, mikä lisää mikro-lyhenneiden piirien riskiä ja ylimääräistä impedanssia.
3.Riittämätön elektrolyytin injektio ja kostutus
Elektrolyytti ei tunkeudu täysin erottimen huokosiin (kostutusaste <90%), estäen ionikanavia. Jos elektrolyytti ei tunkeudu täysin erottimen huokosiin, se estää ionikanavia, hidastaa litiumionien siirtymisnopeutta ja lisää akun sisäistä resistanssia.
(Iii) käyttöympäristön ja käyttöolosuhteiden vaikutukset
1.Matalan lämpötilan ympäristö
Elektrolyytin ioninen johtavuus vähenee yli 50%ja sekä ohmiskestävyyden että polarisaatiokestävyyden nousu. Matalan lämpötilan ympäristössä elektrolyytin ioninen johtavuus vähenee merkittävästi, mikä johtaa akun ohmiskestävyyden ja polarisaatiokestävyyden lisääntymiseen.
2.Korkean tason lataus ja purkautuminen
Konsentraatiopolarisaatio vahvistuu, jännitealusta romahtaa ja tehokas sisäinen vastus kasvaa 20% - 40%. Kun akku läpäisee korkean latauksen ja purkamisen, ionipitoisuus elektrodin pinnan lähellä muuttuu nopeasti, mikä johtaa tehostettuun konsentraatiopolarisaatioon ja akun tehokkaan sisäisen vastuskyvyn lisääntymiseen.
3.Pitkäaikainen pyöräily ikääntyminen
Kumulatiiviset vaikutukset, kuten aktiivinen litiumhäviö ja elektrodin huokoisuuden väheneminen, johtavat vuotuisen sisäisen resistenssin kasvunopeuteen, joka ylittää 5%. Akun pitkäaikaisen pyöräilyn aikana aktiivinen litium vähenee vähitellen ja elektrodin huokoisuus vähenee. Nämä kumulatiiviset vaikutukset johtavat vuotuiseen sisäiseen resistenssin kasvuun, joka ylittää 5%.
(Iv) Lyhytpiirien aiheuttamat paikalliset ylikuumenemiset ja rakenteelliset vauriot
1.lokaalinen ylikuumeneminen
Oikosulun aikana syntynyt suuri virta johtaa paikallisen lämpötilan voimakkaaseen nousuun akun sisällä. Korkeat lämpötilat nopeuttavat akun sisäisten materiaalien, kuten elektrolyyttien hajoamista ja elektrodimateriaalirakenteen muutoksia, vähentäen edelleen sisäistä vastus. Esimerkiksi, kun akku kokee oikosulun, oikosulkupaikka tuottaa suuren määrän lämpöä, aiheuttaen paikallisen lämpötilan nousun ja elektrolyyttien hajoamisen, muodostaen korkean impedanssin rajapintakerroksen ja lisäämällä akun sisäistä vastusta.
2.rakennevaurio
Oikosulun aikana syntynyt valtava virta ja lämpö voi johtaa akun sisällä oleviin rakenteellisiin vaurioihin, kuten erottimen sulamiseen ja elektrodimateriaalin muodonmuutokseen. Nämä rakenteelliset vahingot vaikuttavat suoraan akun ionin ja elektronien kuljetuskanaviin, mikä johtaa merkittävään sisäisen resistanssin lisääntymiseen. Esimerkiksi oikosulun aikana syntynyt korkea lämpötila voi sulattaa erottimen, aiheuttaen suoran kosketuksen positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä, muodostaen suuremman oikosulun virran ja vahingoittaen myös elektrodimateriaalien rakennetta lisäämällä akun sisäistä vastusta.
Iv. Johtopäätös
Sisäisen resistanssin syyt litiumparistoissa lyhytaikaisten piirien aikana on monipuolinen, mukaan lukien materiaalitason perimmäiset syyt, prosessivaurioiden superpositiovaikutus, käyttöympäristön vaikutukset ja käyttöolosuhteet sekä paikalliset ylikuumenemiset ja oikosulkujen aiheuttamat rakenteelliset vauriot. Nämä tekijät ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mikä johtaa kollektiivisesti litiumparistojen sisäisen resistanssin lisääntymiseen oikosulkujen aikana. Näiden syiden ymmärtäminen on suuri merkitys litiumparistojen suunnittelulle, valmistukselle, käyttöön ja ylläpitämiselle. Akun suunnitteluvaiheessa asianmukaiset materiaalit tulee valita ja prosessoida parametrit akun sisäisen vastuskyvyn vähentämiseksi. Akun käytön aikana akku on pidettävä poissa ankarista käyttöympäristöistä, kuten korkeista lämpötiloista, matalista lämpötiloista ja korkeasta kosteudesta, ja akun lataus- ja purkamisnopeutta olisi kohtuudella ohjata akun käyttöajan pidentämiseksi ja akun turvallisuuden varmistamiseksi. Samanaikaisesti akkujen, jotka ovat jo kokeneet oikosulun, on suoritettava oikea -aikainen käsittely vakavien turvallisuuskysymysten aiheuttamiseksi. Tulevan tutkimuksen tulisi edelleen insintötä litiumparistojen sisäisen resistanssin lisääntymisen mekanismia lyhytaikaisten piirien aikana ja kehittää tehokkaampi akkujen hallinta- ja suojaustekniikat litiumpariston suorituskyvyn ja turvallisuuden parantamiseksi.