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锂离子电池内阻的影响因素

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锂离子电池内阻的影响因素


随着锂电池的使用,电池性能不断衰减,主要表现为容量衰减、内阻增加、功率下降等,电池内阻的变化受温度、放电深度等多种使用条件的影响。因此,结合电池结构设计、原材料性能、制程工艺和使用条件等方面阐述了影响电池内阻的因素。

电阻是锂电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。通常,锂电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻,包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定。

欧姆内阻

欧姆内阻主要分为三个部分,一是离子阻抗,二是电子阻抗,三是接触阻抗。我们希望锂电池的内阻越小越小,那么就需要针对此三项内容采取具体措施来降低欧姆内阻。

离子阻抗

锂电池离子阻抗是指锂离子在电池内部传递所受到的阻力。在锂电池中锂离子迁移速度和电子传导速度起着同样重要的作用,离子阻抗主要受正负极材料、隔膜以及电解液的影响。想要降低离子阻抗,需要做好以下几点:

保证正负极材料和电解液具有良好的浸润性

在极片设计时需要选定合适的压实密度,如果压实密度过大,电解液不易浸润,会提高离子阻抗。对于负极极片来说,如果首次充放电时在活物质表面形成的SEI膜过厚,也会提高离子阻抗,这时需要调节电池的化成工艺来解决。

电解液的影响

电解液要具有合适的浓度、粘度和电导率。电解液粘度过高时,不利于其与正负极活物质之间的浸润。同时,电解液也需要较低的浓度,浓度过高同样不利于其流动浸润。电解液的电导率是影响离子阻抗的最重要的因素,其决定着离子的迁移。

隔膜对离子阻抗的影响

隔膜对离子阻抗的主要影响因素有:隔膜中电解液分布、隔膜面积、厚度、孔隙大小、孔隙率以及曲折系数等。对于陶瓷隔膜来说,还需要预防陶瓷颗粒堵塞隔膜孔隙不利于离子通过。在保证电解液充分浸润隔膜的同时,还不能有余量的电解液残留其中,降低电解液的使用效率。

电子阻抗

电子阻抗的影响因素比较多,可以从材料、工艺等方面进行着手改善。

正负极极板

正负极极板影响电子阻抗的因素主要有:活物质与集流体的接触、活物质本身因素、极板参数等。活物质要与集流体面充分接触,可以从集流体铜箔、铝箔基材上,正负极浆料粘接性上考虑。活物质本身的孔隙率、颗粒表面副产物、与导电剂混合不均匀等均会造成电子阻抗变化。极板参数如活物质密度太小时,颗粒间隙大,不利于电子传导。

隔膜

隔膜对电子阻抗的影响因素主要有:隔膜厚度、孔隙率以及充放电过程中的副产物。前两者很容易理解,在电芯拆解之后经常会发现隔膜上沾着厚厚一层褐色物质,里面包括石墨负极及其反应副产物,会造成隔膜孔堵塞,降低电池使用寿命。

集流体基材

集流体的材质、厚度、宽度以及其与极耳的接触程度均会影响电子阻抗。集流体需要选择未氧化钝化的基材,否则会影响阻抗大小。铜铝箔与极耳焊接不良也会影响电子阻抗。

接触阻抗

接触电阻是在铜铝箔与活物质的接触间形成的,需要重点关注正负极浆料的粘接性。

极化内阻

电流通过电极时,电极电势偏离平衡....


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