I. Introdução
As baterias de lítio, como um importante dispositivo de armazenamento de energia, têm sido amplamente aplicadas na sociedade moderna, como em veículos elétricos e dispositivos eletrônicos portáteis. No entanto, as baterias de lítio podem sofrer curtos circuitos durante o uso, o que não afeta apenas o desempenho da bateria, mas também pode desencadear problemas sérios de segurança, como incêndios e explosões. A resistência interna é um dos principais indicadores para medir o desempenho da bateria de lítio. Um aumento na resistência interna leva a uma diminuição na capacidade de descarga da bateria, uma redução na capacidade e uma vida útil reduzida. Portanto, o estudo das causas da resistência interna aumentando nas baterias de lítio durante curtos circuitos tem importante significância teórica e prática.
Ii. Composição da resistência interna da bateria de lítio
A resistência interna de uma bateria de lítio consiste principalmente de resistência ôhmica e resistência à polarização. A resistência ôhmica inclui a resistência dos próprios eletrodos, a resistência da solução eletrolítica, a resistência encontrada por íons que passam pelos microporos do separador e a resistência de contato entre os eletrodos positivos\/negativos e o separador. A resistência à polarização é a resistência condutora formada devido à polarização do eletrodo durante o carregamento e descarregamento da bateria, incluindo polarização eletroquímica e polarização da concentração. A polarização eletroquímica é causada pela lentidão das reações do eletrodo, enquanto a polarização da concentração é causada por alterações na concentração de íons próximas à superfície do eletrodo.
Iii. Análise das causas do aumento da resistência interna nas baterias de lítio durante curtos circuitos
(I) Causas de raiz no nível do material
1.Degulação de materiais ativos positivos e negativos
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). O crescimento dos dendritos de lítio pode perfurar o separador, causando um curto -circuito de bateria, enquanto um filme de SEI excessivamente espesso pode impedir a migração de íons de lítio e aumentar a resistência interna da bateria.
2. Problemas de envelhecimento e interface de eletrólitos
Os produtos de decomposição de eletrólitos (como LIF, Li₂co₃) se acumulam na superfície do eletrodo, formando uma camada de interface de alta impedância. Sob condições de alta temperatura ou sobrecarga, a viscosidade do eletrólito aumenta e a eficiência do transporte de íons de lítio diminui. Por exemplo, quando uma bateria está em um ambiente de alta temperatura, a viscosidade do eletrólito aumenta e a taxa de migração dos íons de lítio diminui, levando a um aumento na resistência interna da bateria.
3. Colecionador de corrente e degradação de Tab
A oxidação ou corrosão do alumínio\/papel de cobre leva a um aumento na resistência ao contato (comum em ambientes de alta umidade). A soldagem virtual de pontos de soldagem de guias ou fadiga do material (como em condições de vibração) faz com que a resistência local se multiplique. Durante o uso da bateria, o coletor e as guias atuais podem sofrer oxidação ou corrosão devido a fatores ambientais, levando a um aumento na resistência ao contato. Ao mesmo tempo, a soldagem virtual de pontos de soldagem de guias ou fadiga do material também pode aumentar a resistência local.
(Ii) Efeito da superposição dos defeitos do processo
1.unenune Coating de folhas de eletrodo
As flutuações na densidade da área (± 5% ou mais) levam à distribuição de corrente desigual e um aumento significativo na resistência à polarização local. Se o revestimento de folhas de eletrodo for desigual, resultará em distribuição de corrente desigual dentro da bateria, com certas áreas com densidades excessivamente altas de corrente, causando um aumento na resistência à polarização local.
2.Erros nos processos de empilhamento\/enrolamento
O desalinhamento das folhas de eletrodos leva ao contato com a borda de borda, aumentando o risco de circuitos micro-curto e impedância adicional. Durante a fabricação de baterias, se houver erros no processo de empilhamento ou enrolamento, isso poderá causar desalinhamento de folhas de eletrodos, levando ao contato da rebarba, aumentando o risco de circuitos de micro-curto e impedância adicional.
3.Injeção de eletrólito insuficiente e umedecimento
O eletrólito não penetra completamente nos poros do separador (grau de umedecimento <90%), bloqueando canais de íons. Se o eletrólito não penetrar completamente nos poros do separador, ele bloqueará os canais de íons, diminuirá a taxa de migração dos íons de lítio e aumentará a resistência interna da bateria.
(Iii) Impacto do ambiente de uso e condições operacionais
1.Ambiente de baixa temperatura
A condutividade iônica do eletrólito diminui em mais de 50%, e a resistência ôhmica e a resistência à polarização aumentam. Em um ambiente de baixa temperatura, a condutividade iônica do eletrólito diminui significativamente, levando a um aumento na resistência ôhmica da bateria e resistência à polarização.
2.Carregamento e descarga de alta taxa
A polarização da concentração se intensifica, a plataforma de tensão entra em colapso e a resistência interna eficaz aumenta em 20% - 40%. Quando uma bateria sofre de carregamento e descarga de alta taxa, a concentração de íons próxima à superfície do eletrodo muda rapidamente, levando à polarização da concentração intensificada e um aumento na resistência interna eficaz da bateria.
3.Envelhecimento de ciclismo a longo prazo
Efeitos cumulativos, como perda ativa de lítio e uma diminuição na porosidade do eletrodo, levam a uma taxa anual de crescimento da resistência interna superior a 5%. Durante o uso de ciclo de longo prazo de uma bateria, o lítio ativo se esgota gradualmente e a porosidade do eletrodo também diminui. Esses efeitos cumulativos levam a uma taxa anual de crescimento da resistência interna superior a 5%.
(Iv) superaquecimento local e danos estruturais causados por curtos circuitos
1. superaquecimento local
A grande corrente gerada durante um curto -circuito leva a um aumento acentuado na temperatura local dentro da bateria. Altas temperaturas aceleram a degradação dos materiais internos da bateria, como decomposição de eletrólitos e alterações na estrutura do material do eletrodo, aumentando ainda mais a resistência interna. Por exemplo, quando uma bateria experimenta um curto-circuito, a localização do curto-circuito gera uma grande quantidade de calor, fazendo com que a temperatura local aumente e a decomposição de eletrólitos, formando uma camada de interface de alta impedância e aumentando a resistência interna da bateria.
2. Dano estrutural
A enorme corrente e o calor gerados durante um curto -circuito podem levar a danos estruturais dentro da bateria, como a fusão do separador e a deformação do material do eletrodo. Esses danos estruturais afetam diretamente os canais de transporte de íons e elétrons da bateria, levando a um aumento significativo na resistência interna. Por exemplo, a alta temperatura gerada durante um curto -circuito pode derreter o separador, causando contato direto entre os eletrodos positivos e negativos, formando uma corrente de curto -circuito maior e também danificando a estrutura dos materiais do eletrodo, aumentando a resistência interna da bateria.
4. Conclusão
As causas de aumento da resistência interna nas baterias de lítio durante curtos circuitos são multifacetadas, incluindo causas radiculares no nível do material, o efeito da superposição dos defeitos do processo, o impacto do ambiente de uso e as condições operacionais e o superaquecimento local e os danos estruturais causados por curtos circuitos. Esses fatores interagem entre si, levando coletivamente a um aumento da resistência interna nas baterias de lítio durante curtos circuitos. Compreender essas causas é de grande importância para o projeto, fabricação, uso e manutenção de baterias de lítio. No estágio de design da bateria, os materiais apropriados devem ser selecionados e os parâmetros de processo otimizados para reduzir a resistência interna da bateria. Durante o uso da bateria, a bateria deve ser mantida longe de ambientes de uso severos, como altas temperaturas, baixas temperaturas e alta umidade, e a taxa de carregamento e descarga da bateria deve ser razoavelmente controlada para prolongar a vida útil do serviço da bateria e garantir a segurança da bateria. Ao mesmo tempo, para baterias que já experimentaram um curto -circuito, o tratamento oportuno deve ser realizado para evitar desencadear problemas de segurança mais graves. Pesquisas futuras devem se aprofundar no mecanismo de aumento da resistência interna nas baterias de lítio durante curtos circuitos e desenvolver tecnologias de gerenciamento e proteção de bateria mais eficazes para melhorar o desempenho e a segurança da bateria de lítio.