Maneiras de reduzir a resistência ôhmica em baterias de iões de lítio

A resistência interna de uma bateria de íon-lítio consiste principalmente em três partes: resistência iônica, resistência eletrônica e resistência de contato. Para reduzir a resistência interna de uma bateria de íon-lítio, medidas específicas precisam ser tomadas para esses três aspectos.

Resistência iônica de baterias de íon-lítio

A resistência de íons de uma bateria de íons de lítio refere-se à resistência que ocorre durante a transmissão interna de íons de lítio. A taxa de migração de íons de lítio e a condutividade eletrônica desempenham papéis igualmente importantes na bateria de lítio, e a resistência de íons é influenciada principalmente pelos materiais positivos e negativos do eletrodo, o separador, e o eletrólito. Para reduzir a resistência do íon, os seguintes pontos precisam ser considerados:

Garantir boas propriedades de umedecimento de materiais e eletrólitos de eletrodos positivos e negativos

Ao projetar as placas do eletrodo, é necessário selecionar a densidade de compactação apropriada. Densidades de compactação excessivamente altas levam a um umedecimento de eletrólito pobre, que, por sua vez, aumenta a resistência de íons. Para placas de eletrodos negativos, se o filme SEI na superfície da substância ativa for muito espesso durante a carga e descarga iniciais, ele também aumentará a resistência ao íon, e o processo de formação da bateria precisa ser ajustado para resolver este problema.

O impacto do eletrólito

O eletrólito deve ter concentração, viscosidade e condutividade apropriadas. Quando a viscosidade do eletrólito é muito alta, não é propício para a infiltração entre os materiais ativos positivos e negativos do eletrólito. Ao mesmo tempo, o eletrólito precisa de baixa concentração. Muita concentração também é prejudicial ao seu fluxo e infiltração. A condutividade do eletrólito é o fator mais importante que afeta a resistência dos íons e determina a migração de íons.

A influência do separador na resistência do íon

Os principais fatores que influenciam a resistência iônica do separador incluem a distribuição do eletrólito no separador, área do separador, espessura, tamanho dos poros, porosidade e coeficiente de tortuosidade. Para separadores de cerâmica, também é necessário evitar que as partículas de cerâmica bloqueiem os poros do separador e garantir que não haja eletrólito residual excessivo para reduzir a eficiência de uso do eletrólito.

Resistência eletrônica de baterias de iões de lítio

Os fatores que influenciam a resistência eletrônica das baterias de íon-lítio são numerosos e podem ser melhorados a partir de material, processo e outros aspectos.

Placas de eletrodo positivo e negativo

Os fatores que influenciam a resistência eletrônica de placas de eletrodo positivas e negativas são principalmente o contato entre materiais ativos e coletores de corrente, as propriedades físicas dos materiais ativos e os parâmetros das placas de eletrodo. Deve ser estabelecido contato suficiente entre materiais ativos e coletores de corrente para melhor adesão de pastas de eletrodo positivas e negativas. A porosidade do próprio material ativo, os subprodutos na superfície das partículas e a mistura desigual com agentes condutores podem resultar em uma mudança na resistência eletrônica. A densidade do material ativo é muito pequena se o vão das partículas for muito grande, resultando em má condução eletrônica.

O separador

Os fatores que influenciam a resistência eletrônica do separador são principalmente a espessura, a porosidade e os subprodutos gerados durante o processo de carregamento e descarga. Os dois primeiros fatores são fáceis de entender. Ao desmontar a bateria, uma camada espessa de substâncias marrons pode ser freqüentemente encontrada no topo do separador. Dentro dele, o eletrodo negativo de grafite e seus subprodutos de reação podem causar o bloqueio dos poros do separador e reduzir a vida útil da bateria.

O substrato coletor atual

O material, a espessura, a largura e o grau de contato entre o coletor de corrente e a orelha do eletrodo influenciam a resistência eletrônica. O coletor de corrente deve usar substratos não oxidados e passivados, caso contrário, a resistência será afetada. A soldagem deficiente entre as folhas de cobre e alumínio e a orelha do eletrodo também afetará a resistência eletrônica.

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Resistência de contato de baterias de iões de lítio

A resistência de contato é formada entre as folhas de cobre e alumínio e os materiais ativos e requer atenção especial à adesão das pastas do eletrodo positivo e negativo.

Polarização resIstance

Quando a corrente passa pelos eletrodos, o potencial do eletrodo se desvia do potencial do eletrodo de equilíbrio, que é chamado de polarização do eletrodo. A polarização inclui polarização ôhmica, polarização eletroquímica e polarização de concentração. A resistência à polarização refere-se à resistência interna causada pela polarização dos eletrodos durante a reação eletroquímica. Pode refletir a consistência dentro da bateria. No entanto, não é adequado para produção porque é afetado pela operação e métodos. A resistência à polarização não é uma constante, mas muda continuamente ao longo do tempo durante o carregamento e descarregamento devido a mudanças na composição do material ativo, concentração de eletrólitos e temperatura. A resistência ôhmica segue a lei de Ohm e a resistência à polarização aumenta não linearmente com aumentos na densidade de corrente. O aumento geralmente ocorre linearmente com o aumento do log da densidade de corrente.

O impacto do projeto estrutural

No projeto estrutural de baterias de iões de lítio, além da rebitagem e soldagem de componentes estruturais da bateria, o número, tamanho, e a posição das orelhas do eletrodo da bateria afetam diretamente a resistência interna da bateria. Até certo ponto, aumentar o número de orelhas de eletrodo pode efetivamente reduzir a resistência interna da bateria. A posição da orelha do eletrodo também afeta a resistência interna da bateria; a resistência interna das baterias enroladas é mais alta na parte superior das placas de eletrodo positivas e negativas, enquanto as baterias empilhadas são equivalentes à conexão paralela de dezenas de pequenas baterias, o que resulta em menor resistência interna.

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