I. Einführung
Lithiumbatterien als wichtiges Energiespeichergerät wurden in der modernen Gesellschaft weit verbreitet, wie in Elektrofahrzeugen und tragbaren elektronischen Geräten. Lithiumbatterien können jedoch während der Verwendung Kurzkreise auftreten, was nicht nur die Batterieleistung beeinflusst, sondern auch schwerwiegende Sicherheitsprobleme wie Brände und Explosionen auslösen kann. Der interne Widerstand ist einer der wichtigsten Indikatoren für die Messung der Lithiumbatterieleistung. Eine Zunahme des internen Widerstands führt zu einer Verringerung der Batterie -Entladungskapazität, einer Kapazitätsreduzierung und einer verkürzten Lebensdauer. Daher hat die Untersuchung der Ursachen des Anstiegs der inneren Resistenz der Lithiumbatterien während kurzer Schaltkreise eine wichtige theoretische und praktische Bedeutung.
Ii. Zusammensetzung des Lithiumbatterie -Innenwiderstandes
Der innere Widerstand einer Lithiumbatterie besteht hauptsächlich aus ohmischer Widerstand und Polarisationswiderstand. Der ohmische Widerstand umfasst den Widerstand der Elektroden selbst, den Widerstand der Elektrolytlösung, den Widerstand, der von Ionen auftritt, die durch die Mikroporen des Separators verläuft, und den Kontaktwiderstand zwischen den positiven\/negativen Elektroden und dem Separator. Der Polarisationswiderstand ist der leitende Widerstand, der aufgrund der Elektrodenpolarisation während des Batterielads und der Entlassung gebildet wird, einschließlich elektrochemischer Polarisation und Konzentrationspolarisation. Die elektrochemische Polarisation wird durch die Trägheit von Elektrodenreaktionen verursacht, während die Konzentrationspolarisation durch Änderungen der Ionenkonzentration in der Nähe der Elektrodenoberfläche verursacht wird.
III. Analyse der Ursachen für den internen Widerstandserhöhung der Lithiumbatterien während kurzer Schaltungen
(I) Wurzelursachen auf Materialebene
1. Abbau von positiven und negativen aktiven Materialien
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). Das Wachstum von Lithium -Dendriten kann den Trennzeichen durchbrechen und einen Kurzschluss in der Batterie verursachen, während ein übermäßig dicker SEI -Film die Migration der Lithiumionen behindern und den Batteriewiderstand erhöhen kann.
2. Elektrolytalterung und Schnittstellenprobleme
Elektrolyt-Zersetzungsprodukte (z. B. LIF, li₂co₃) akkumulieren auf der Elektrodenoberfläche und bilden eine Hochleistungs-Grenzflächenschicht. Unter hohen Temperatur- oder Überladungsbedingungen nimmt die Elektrolytviskosität zu und die Effizienz des Lithiumionentransports nimmt ab. Wenn sich beispielsweise eine Batterie in einer Hochtemperaturumgebung befindet, nimmt die Viskosität des Elektrolyten zu und die Migrationsrate von Lithiumionen verlangsamt sich, was zu einem Anstieg des Batteriewiderstandes führt.
3. Erscheinungskollektor und Registerkartenverschlechterung
Die Oxidation oder Korrosion von Aluminium\/Kupferfolie führt zu einem Anstieg der Kontaktresistenz (häufig in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit). Virtuelles Schweißen von Tablettenschweißpunkten oder Materialermüdung (z. Während des Gebrauchs der Batterie können der Stromkollektor und die Registerkarten aufgrund von Umgebungsfaktoren oxidiert oder korrosion werden, was zu einer Zunahme des Kontaktwiderstands führt. Gleichzeitig kann das virtuelle Schweißen von Tab -Schweißpunkten oder die Erschöpfung der Materialien auch den lokalen Widerstand erhöhen.
(Ii) Überlagerungseffekt von Prozessfehlern
1.uneven -Beschichtung von Elektrodenblättern
Schwankungen der Flächendichte (± 5% oder mehr) führen zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung und einem signifikanten Anstieg des lokalen Polarisationsresistenz. Wenn die Beschichtung der Elektrodenblätter ungleichmäßig ist, führt dies zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung innerhalb der Batterie, wobei bestimmte Bereiche übermäßig hohe Stromdichten aufweisen, wodurch ein Anstieg des lokalen Polarisationswiderstands zu einer Zunahme führt.
2.Fehler bei der Stapel-\/Wickelprozesse
Eine Fehlausrichtung von Elektrodenblättern führt zu einem Kantenkontakt, wodurch das Risiko von Mikrokreisschaltungen und zusätzliche Impedanz erhöht wird. Wenn bei der Herstellung von Batterien Fehler beim Stapeln oder Wickeln vorliegen, kann dies zu einer Fehlausrichtung der Elektrodenblätter führen, was zu einem Kantenburr-Kontakt führt, wodurch das Risiko von Mikrokreisschaltungen und zusätzliche Impedanz erhöht wird.
3.Unzureichende Elektrolytinjektion und Benetzung
Der Elektrolyte dringt nicht vollständig in die Trennporen (Benetzungsgrad <90%) ein und blockiert Ionenkanäle. Wenn der Elektrolyte nicht vollständig in die Trennporen eindringt, blockiert er Ionenkanäle, verlangsamt die Migrationsrate von Lithiumionen und erhöht den Innenwiderstand der Batterie.
(Iii) Auswirkungen der Nutzungsumgebung und der Betriebsbedingungen
1.Niedrigtemperaturumgebung
Die ionische Leitfähigkeit des Elektrolyten nimmt um mehr als 50%ab, und sowohl die ohmische Resistenz als auch die Polarisationsresistenz nehmen zu. In einer Umgebung mit niedriger Temperatur nimmt die ionische Leitfähigkeit des Elektrolyten signifikant ab, was zu einem Anstieg des ohmischen Batteriewiderstands und des Polarisationswiderstandes führt.
2.Hochwertiger Laden und Entladen
Die Konzentrationspolarisation verstärkt sich, die Spannungsplattform kollabiert und der effektive interne Widerstand steigt um 20% - 40%. Wenn eine Batterie hochrate Ladung und Entladung durchläuft, ändert sich die Ionenkonzentration in der Nähe der Elektrodenoberfläche schnell, was zu einer verstärkten Konzentrationspolarisation und einer Erhöhung des Batterie-Effektiven Innenwiderstandes führt.
3.Langzeit-Radfahrenalterung
Kumulative Effekte wie aktiver Lithiumverlust und eine Abnahme der Elektrodenporosität führen zu einer jährlichen Wachstumsrate von interner Resistenz von 5%. Während der langfristigen Fahrradverwendung einer Batterie wird aktiv Lithium allmählich abgebaut und die Elektrodeporosität nimmt ebenfalls ab. Diese kumulativen Effekte führen zu einer jährlichen Wachstumsrate der internen Resistenz von mehr als 5%.
(Iv) Lokale Überhitzung und strukturelle Schäden, die durch Kurzstrecken verursacht werden
1. Lokale Überhitzung
Der große Strom, der während eines Kurzschlusss erzeugt wird, führt zu einer starken Zunahme der lokalen Temperatur innerhalb der Batterie. Hohe Temperaturen beschleunigen den Abbau von Batterie -Innenmaterialien wie Elektrolyt -Zersetzung und Änderungen der Elektrodenmaterialstruktur, wodurch der interne Widerstand weiter zunimmt. Wenn beispielsweise eine Batterie einen Kurzschluss erfährt, erzeugt der Kurzschlussstandort eine große Menge an Wärme, wodurch die lokale Temperatur und die Zersetzung von Elektrolyten eine hohe Impedanz-Grenzflächenschicht bildet und den internen Batteriewiderstand erhöht.
2. Strukturschäden
Der riesige Strom und die Wärme, die während eines Kurzkreises erzeugt wird, kann zu strukturellen Schäden innerhalb der Batterie wie dem Trennschmelzen und der Deformation von Elektrodenmaterial führen. Diese strukturellen Schäden beeinflussen direkt die Ionen- und Elektronentransportkanäle der Batterie, was zu einem signifikanten Anstieg des Innenwiderstandes führt. Beispielsweise kann die während eines Kurzkreises erzeugte hohe Temperatur das Trennzeichen schmelzen, wodurch ein direkter Kontakt zwischen den positiven und negativen Elektroden führt, ein größerer Kurzschlussstrom bildet und auch die Struktur der Elektrodenmaterialien schädigt, wodurch der interne Batteriewiderstand erhöht wird.
Iv. Abschluss
Die Ursachen für den internen Widerstandserhöhung der Lithiumbatterien während kurzer Schaltkreise sind vielfältig, einschließlich der Ursachen auf Materialebene, der Überlagerungseffekt von Prozessdefekten, der Auswirkungen der Nutzungsumgebung und der Betriebsbedingungen sowie lokaler Überhitzung und strukturellen Schäden, die durch Kurzschaltungen verursacht werden. Diese Faktoren interagieren miteinander und führen gemeinsam zu einem Anstieg des Innenwiderstands in Lithiumbatterien während kurzer Schaltkreise. Das Verständnis dieser Ursachen ist für das Design, die Herstellung, den Gebrauch und die Wartung von Lithiumbatterien von großer Bedeutung. In der Batterie -Konstruktionsphase sollten geeignete Materialien ausgewählt und die Prozessparameter optimiert werden, um den Batteriewiderstand zu verringern. Während des Gebrauchs der Batterie sollte die Batterie von rauen Nutzungsumgebungen wie hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen und hohen Luftfeuchtigkeit ferngehalten werden, und die Lade- und Entlastungsrate der Batterie sollte vernünftigerweise kontrolliert werden, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Gleichzeitig sollte für Batterien, die bereits einen Kurzschluss erlebten, eine rechtzeitige Behandlung durchgeführt werden, um zu vermeiden, dass schwerwiegendere Sicherheitsprobleme ausgelöst werden. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten sich weiter in den Mechanismus des Anstiegs des internen Widerstands der Lithiumbatterien während Kurzstrecken eintauchen und effektivere Technologien für Batteriemanagement- und Schutztechnologien entwickeln, um die Leistung und Sicherheit von Lithiumbatterien zu verbessern.