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锂离子电池高内阻的原因是什么

九游会俱乐部LARGE  |  点击量:5392次  |  2018年10月27日  

摘要
.负极片与极耳虚焊; b.正极片与极耳虚焊; c.正极耳与盖帽虚焊; d.负极耳与壳虚焊

a.负极片与极耳虚焊;


b.正极片与极耳虚焊;


c.正极耳与盖帽虚焊;


d.负极耳与壳虚焊;


(以上四点均是虚焊点处电阻过大,从而造成整个电池的内阻过大)


e.铆钉与压板接触内阻大;


f.正极未加导电剂;


(现今的锂离子电池正极活性物质,导电率普遍不高,因此必须在涂布之前加入导电剂,如果没有加入导电剂或者导电剂加入过少,那么就会正极导电性能不良,进而使电池的内阻增大)


g.电解液没有锂盐;


(这点需要理解一下,锂离子电池靠得是锂离子在正负极极之间传递以完成充放电,如果电解液含有锂离子,那么锂离子在充放电过程中、在正负极的传递当然会更加的顺畅。自己想一下吧,也不太容易说得那么明白)


h.电池曾经发生短路;


(电池短路之后,电池内部会发生很多副反应,电池内部结构也会发生一定的损坏,那么内阻自然也就高了)


i.隔膜纸孔隙率小。


(锂离子电池在充放电的过程中,锂离子要通过隔膜在正负极之间转移,如果隔膜开孔较小的话,锂离子转移的速度自然会降低,那么电池内阻升高也在情理之中了)


综上所述,前五点以及电池发生短路是工艺不当所造成的。而电解液选取、隔膜选取和导电剂的添加,都是行业内早已明文规定了的东西,你想弄错都不可能。


1锂电池工作过程


如上图所示,锂离子电池充放电过程的物理模型。蓝色箭头表示充电,红色箭头表示放电。蓝绿相间的晶格结构为正极材料,黑色层状为负极材料。目前主流的锂离子电池,一般按照正极材料类型命名,磷酸铁锂、锰酸锂等即为正极材料的类型;负极为石墨材质;正极集流体铝箔,负极集流体为铜箔。


下面以放电为例,描述一下锂电池放电时的物理过程。


外部负载接通后,在电池本体以外形成电流通路。由于正负极之间存在电势差,负极附近的电子首先通集流体和外部导线向正极移动;负极周围的锂离子浓度升高。从负极经过外部电路到达正极的电子,与正极附近的锂离子结合,嵌入正极材料,正极附近的锂离子浓度降低。正负极之间的锂离子浓度差形成。这样,就完成了电池放电过程的第一推动。


随着锂离子在离子浓度差的推动下离开负极,负极附近出现空缺,负极材料内的锂离子,从负极脱嵌,进入电解液中;大量锂离子从电解液中穿越隔膜,自负极向正极移动。同时,原本与锂离子以结合形态存在的电子,则通过外部电路去往正极。电池开始了按照负载的需求进行的放电过程。


充电是放电的逆过程,同样的脱嵌,移动,嵌入几个阶段,只是推动过程发展的动力来自于充电机,而离子的运动方向是自正极向负极运动。这里不再赘述。


2锂电池内阻构成


了解了锂电池的工作过程,那么过程中的阻碍因素,便形成了锂电池的内阻。


电池的内阻包括欧姆电阻和极化电阻。在温度恒定的条件下,欧姆电阻基本稳定不变,而极化电阻会随着影响极化水平的因素变动。


欧姆电阻主要由电极材料、电解液、隔膜电阻及集流体、极耳的连接等各部分零件的接触电阻组成,与电池的尺寸、结构、连接方式等有关。


极化电阻,加载电流的瞬间才产生的电阻,是电池内部各种阻碍带电离子抵达目的地的趋势总和。极化电阻可以分为电化学极化和浓差极化两部分。电化学极化是电解液中电化学反应的速度无法达到电子的移动速度造成的;浓差极化,是锂离子嵌入脱出正负极材料并在材料中移动的速度小于锂离子向电极集结的速度造成的。


3锂电池内阻影响因素


从上面的过程可以推演出电池内阻的影响因素。


3.1外加因素


温度,环境温度是各种电阻的重要影响因素,具体到锂电池,是由于温度影响电化学材料的活性,直接决定电化学反应的速度和离子运动的速度。


电流或者说负载的需求,一方面电流的大小与极化内阻有直接关联。大体趋势是电流越大,极化内阻越大。另一方面,电流的热效应,对电化学材质的活性产生影响。


3.2电池自身因素


正极材料,负极材料,锂离子嵌入和脱嵌的难易程度,决定了材料内阻的大小,是浓差极化电阻的一部分。


电解液,锂离子在电解液中的移动速率,受电解液导电率的影响,是电化学极化电阻的主要构成部分。


隔膜,隔膜自身电阻,直接构成欧姆内阻的一部分,同时其对锂离子移动速率的阻碍,又形成了一部分电化学极化电阻。


集流体电阻,部件连接电阻,是电池欧姆内阻的主要组成部分。


工艺水平,极片制作工艺、涂料是否均匀、压实密度如何,这些电芯加工过程中工艺水平的高低,也会对极化内阻造成直接影响。

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