Conception de la structure de résistance interne de la batterie lithium-ion et influence des performances des matières premières

Avec l'utilisation de batteries lithium-ion, les performances de la batterie continuent de décliner, se manifestant principalement par une baisse de capacité, une augmentation de la résistance interne, une chute de puissance, etc. Le changement de la résistance interne de la batterie est affecté par diverses conditions telles que la température et la décharge profondeur. Par conséquent, cet article explique principalement les facteurs affectant la résistance interne des batteries à partir des aspects de la conception de la structure de la batterie et des performances des matières premières.

Ⅰ. Influence de la conception de la structure de la batterie lithium-ion

Dans la conception de la structure de la batterie, en plus du rivetage et du soudage de la structure de la batterie elle-même, le nombre, la taille et la position des languettes de la batterie affectent directement la résistance interne de la batterie. Dans une certaine mesure, l'augmentation du nombre de languettes peut réduire efficacement la résistance interne de la batterie. La position des languettes peut également affecter la résistance interne de la batterie. La résistance interne de la batterie enroulée avec la position de la languette à la tête des électrodes positive et négative est la plus grande. Par rapport à la batterie enroulée, la batterie laminée équivaut à des dizaines de petites batteries. Connecté en parallèle, la résistance interne est plus petite.

Ⅱ. Les performances des matières premières des batteries lithium-ion

1. Matières actives positives et négatives

Les matériaux d'électrode positive des batteries au lithium sont des oxydes et des phosphures de métaux de transition contenant du lithium, tels que LiCoO2, LiFePO4, etc., qui déterminent les performances des batteries au lithium. Les matériaux d'électrode positive améliorent principalement la conductivité électronique entre les particules par revêtement et dopage. Par exemple, après avoir dopé Ni, la force de la liaison P-O est améliorée, la structure de LiFePO4/C est stabilisée, le volume de la cellule unitaire est optimisé et la résistance de transfert de charge du matériau d'électrode positive peut être efficacement réduite.< p>

Selon l'analyse de simulation du modèle de couplage thermique électrochimique, dans des conditions de décharge à haut débit, la polarisation d'activation, en particulier l'augmentation significative de la polarisation d'activation de l'électrode négative, est la principale raison de la polarisation sévère. La réduction de la taille des particules de l'électrode négative peut réduire efficacement la polarisation d'activation de l'électrode négative. Lorsque la taille des particules de la phase solide de l'électrode négative est réduite de moitié, la polarisation d'activation peut être réduite de 45 %. Par conséquent, en ce qui concerne la conception des batteries lithium-ion, la recherche sur l'amélioration des matériaux des électrodes positives et négatives elles-mêmes est également essentielle.

2. Agent conducteur

Le graphite et le noir de carbone sont largement utilisés dans le domaine des batteries lithium-ion en raison de leurs bonnes propriétés. Par rapport aux agents conducteurs à base de graphite, les performances de la batterie en ajoutant des agents conducteurs à base de noir de carbone à l'électrode positive sont meilleures, car les agents conducteurs à base de graphite ont une forme de particules floconneuses, ce qui entraîne une forte augmentation du coefficient de tortuosité des pores sous fort grossissement, et est sujette à la diffusion en phase liquide Li. Le phénomène est que le processus limite la capacité de décharge.

La résistance interne de la batterie additionnée de NTC est plus petite car par rapport au point de contact entre le graphite/noir de carbone et le matériau actif, le nanotube de carbone fibreux et le matériau actif sont en contact linéaire, ce qui peut réduire l'impédance d'interface de la batterie.

3. Collecteur de courant

La réduction de la résistance d'interface entre le collecteur de courant et le matériau actif et l'amélioration de la force de liaison entre les deux sont des moyens importants pour améliorer les performances des batteries au lithium. Le revêtement de revêtement de carbone conducteur sur la surface de la feuille d'aluminium et le traitement corona de la feuille d'aluminium peuvent réduire efficacement l'impédance interfaciale de la batterie. Par rapport à une feuille d'aluminium ordinaire, l'utilisation d'une feuille d'aluminium revêtue de carbone peut réduire la résistance interne de la batterie d'environ 65 % et peut réduire l'augmentation de la résistance interne de la batterie lithium-ion pendant l'utilisation.

La résistance interne AC de la feuille d'aluminium traitée corona peut être réduite d'environ 20 %. Dans la plage couramment utilisée de 20 % à 90 % de SOC, la résistance interne DC globale est relativement faible et l'augmentation est progressivement plus faible avec l'augmentation de la profondeur de décharge.

4. Séparateur de batterie

La conduction ionique à l'intérieur de la batterie dépend de la diffusion des ions Li dans l'électrolyte à travers les pores du séparateur. La capacité d'absorption de liquide et de mouillage du séparateur est la clé pour former un bon canal de flux d'ions. Lorsque le séparateur a un taux d'absorption de liquide plus élevé et une structure poreuse, il peut être amélioré. La conductivité réduit l'impédance de la batterie et améliore les performances de la batterie.

Par rapport aux séparateurs de base ordinaires, les séparateurs en céramique et les séparateurs revêtus de caoutchouc peuvent non seulement améliorer considérablement la résistance au rétrécissement à haute température du séparateur, mais également améliorer l'absorption de liquide et la capacité de mouillage du séparateur. L'ajout d'un revêtement céramique SiO2 au séparateur PP peut faire en sorte que le séparateur absorbe le volume de liquide augmenté de 17%. Le revêtement PVDF-HFP 1μm sur le séparateur composite PP/PE augmente le taux d'absorption de liquide du séparateur de 70% à 82%, et la résistance interne de la cellule diminue de plus de 20%.