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鋰離子電池高內(nèi)阻的原因是什么

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2018年10月27日  

a.負(fù)極片與極耳虛焊;


b.正極片與極耳虛焊;


c.正極耳與蓋帽虛焊;


d.負(fù)極耳與殼虛焊;


(以上四點(diǎn)均是虛焊點(diǎn)處電阻過大,從而造成整個電池的內(nèi)阻過大)


e.鉚釘與壓板接觸內(nèi)阻大;


f.正極未加導(dǎo)電劑;


(現(xiàn)今的鋰離子電池正極活性物質(zhì),導(dǎo)電率普遍不高,因此必須在涂布之前加入導(dǎo)電劑,如果沒有加入導(dǎo)電劑或者導(dǎo)電劑加入過少,那么就會正極導(dǎo)電性能不良,進(jìn)而使電池的內(nèi)阻增大)


g.電解液沒有鋰鹽;


(這點(diǎn)需要理解一下,鋰離子電池靠得是鋰離子在正負(fù)極極之間傳遞以完成充放電,如果電解液含有鋰離子,那么鋰離子在充放電過程中、在正負(fù)極的傳遞當(dāng)然會更加的順暢。自己想一下吧,也不太容易說得那么明白)


h.電池曾經(jīng)發(fā)生短路;


(電池短路之后,電池內(nèi)部會發(fā)生很多副反應(yīng),電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定的損壞,那么內(nèi)阻自然也就高了)


i.隔膜紙孔隙率小。


(鋰離子電池在充放電的過程中,鋰離子要通過隔膜在正負(fù)極之間轉(zhuǎn)移,如果隔膜開孔較小的話,鋰離子轉(zhuǎn)移的速度自然會降低,那么電池內(nèi)阻升高也在情理之中了)


綜上所述,前五點(diǎn)以及電池發(fā)生短路是工藝不當(dāng)所造成的。而電解液選取、隔膜選取和導(dǎo)電劑的添加,都是行業(yè)內(nèi)早已明文規(guī)定了的東西,你想弄錯都不可能。


1鋰電池工作過程


如上圖所示,鋰離子電池充放電過程的物理模型。藍(lán)色箭頭表示充電,紅色箭頭表示放電。藍(lán)綠相間的晶格結(jié)構(gòu)為正極材料,黑色層狀為負(fù)極材料。目前主流的鋰離子電池,一般按照正極材料類型命名,磷酸鐵鋰、錳酸鋰等即為正極材料的類型;負(fù)極為石墨材質(zhì);正極集流體鋁箔,負(fù)極集流體為銅箔。


下面以放電為例,描述一下鋰電池放電時的物理過程。


外部負(fù)載接通后,在電池本體以外形成電流通路。由于正負(fù)極之間存在電勢差,負(fù)極附近的電子首先通集流體和外部導(dǎo)線向正極移動;負(fù)極周圍的鋰離子濃度升高。從負(fù)極經(jīng)過外部電路到達(dá)正極的電子,與正極附近的鋰離子結(jié)合,嵌入正極材料,正極附近的鋰離子濃度降低。正負(fù)極之間的鋰離子濃度差形成。這樣,就完成了電池放電過程的第一推動。


隨著鋰離子在離子濃度差的推動下離開負(fù)極,負(fù)極附近出現(xiàn)空缺,負(fù)極材料內(nèi)的鋰離子,從負(fù)極脫嵌,進(jìn)入電解液中;大量鋰離子從電解液中穿越隔膜,自負(fù)極向正極移動。同時,原本與鋰離子以結(jié)合形態(tài)存在的電子,則通過外部電路去往正極。電池開始了按照負(fù)載的需求進(jìn)行的放電過程。


充電是放電的逆過程,同樣的脫嵌,移動,嵌入幾個階段,只是推動過程發(fā)展的動力來自于充電機(jī),而離子的運(yùn)動方向是自正極向負(fù)極運(yùn)動。這里不再贅述。


2鋰電池內(nèi)阻構(gòu)成


了解了鋰電池的工作過程,那么過程中的阻礙因素,便形成了鋰電池的內(nèi)阻。


電池的內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻。在溫度恒定的條件下,歐姆電阻基本穩(wěn)定不變,而極化電阻會隨著影響極化水平的因素變動。


歐姆電阻主要由電極材料、電解液、隔膜電阻及集流體、極耳的連接等各部分零件的接觸電阻組成,與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、連接方式等有關(guān)。


極化電阻,加載電流的瞬間才產(chǎn)生的電阻,是電池內(nèi)部各種阻礙帶電離子抵達(dá)目的地的趨勢總和。極化電阻可以分為電化學(xué)極化和濃差極化兩部分。電化學(xué)極化是電解液中電化學(xué)反應(yīng)的速度無法達(dá)到電子的移動速度造成的;濃差極化,是鋰離子嵌入脫出正負(fù)極材料并在材料中移動的速度小于鋰離子向電極集結(jié)的速度造成的。


3鋰電池內(nèi)阻影響因素


從上面的過程可以推演出電池內(nèi)阻的影響因素。


3.1外加因素


溫度,環(huán)境溫度是各種電阻的重要影響因素,具體到鋰電池,是由于溫度影響電化學(xué)材料的活性,直接決定電化學(xué)反應(yīng)的速度和離子運(yùn)動的速度。


電流或者說負(fù)載的需求,一方面電流的大小與極化內(nèi)阻有直接關(guān)聯(lián)。大體趨勢是電流越大,極化內(nèi)阻越大。另一方面,電流的熱效應(yīng),對電化學(xué)材質(zhì)的活性產(chǎn)生影響。


3.2電池自身因素


正極材料,負(fù)極材料,鋰離子嵌入和脫嵌的難易程度,決定了材料內(nèi)阻的大小,是濃差極化電阻的一部分。


電解液,鋰離子在電解液中的移動速率,受電解液導(dǎo)電率的影響,是電化學(xué)極化電阻的主要構(gòu)成部分。


隔膜,隔膜自身電阻,直接構(gòu)成歐姆內(nèi)阻的一部分,同時其對鋰離子移動速率的阻礙,又形成了一部分電化學(xué)極化電阻。


集流體電阻,部件連接電阻,是電池歐姆內(nèi)阻的主要組成部分。


工藝水平,極片制作工藝、涂料是否均勻、壓實(shí)密度如何,這些電芯加工過程中工藝水平的高低,也會對極化內(nèi)阻造成直接影響。

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