想要降低離子阻抗,需要做好哪幾點?
電阻是鋰電池在工作時,電流流過電池內(nèi)部受到的阻力。通常,鋰電池內(nèi)阻分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。歐姆內(nèi)阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內(nèi)阻是指電化學(xué)反應(yīng)時由極化引起的電阻,包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。電池的歐姆內(nèi)阻由電池的總電導(dǎo)率決定,電池的極化內(nèi)阻由鋰離子在電極活性材料中的固相擴散系數(shù)決定。
歐姆內(nèi)阻
歐姆內(nèi)阻主要分為三個部分,一是離子阻抗,二是電子阻抗,三是接觸阻抗。我們希望鋰電池的內(nèi)阻越小越小,那么就需要針對此三項內(nèi)容采取具體措施來降低歐姆內(nèi)阻。
離子阻抗
鋰電池離子阻抗是指鋰離子在電池內(nèi)部傳遞所受到的阻力。在鋰電池中鋰離子遷移速度和電子傳導(dǎo)速度起著同樣重要的作用,離子阻抗主要受正負(fù)極材料、隔膜以及電解液的影響。想要降低離子阻抗,需要做好以下幾點:
保證正負(fù)極材料和電解液具有良好的浸潤性
在極片設(shè)計時需要選定合適的壓實密度,如果壓實密度過大,電解液不易浸潤,會提高離子阻抗。對于負(fù)極極片來說,如果首次充放電時在活物質(zhì)表面形成的SEI膜過厚,也會提高離子阻抗,這時需要調(diào)節(jié)電池的化成工藝來解決。
電解液的影響
電解液要具有合適的濃度、粘度和電導(dǎo)率。電解液粘度過高時,不利于其與正負(fù)極活物質(zhì)之間的浸潤。同時,電解液也需要較低的濃度,濃度過高同樣不利于其流動浸潤。電解液的電導(dǎo)率是影響離子阻抗的最重要的因素,其決定著離子的遷移。
隔膜對離子阻抗的影響
隔膜對離子阻抗的主要影響因素有:隔膜中電解液分布、隔膜面積、厚度、孔隙大小、孔隙率以及曲折系數(shù)等。對于陶瓷隔膜來說,還需要預(yù)防陶瓷顆粒堵塞隔膜孔隙不利于離子通過。在保證電解液充分浸潤隔膜的同時,還不能有余量的電解液殘留其中,降低電解液的使用效率。
電子阻抗
電子阻抗的影響因素比較多,可以從材料、工藝等方面進行著手改善。
正負(fù)極極板
正負(fù)極極板影響電子阻抗的因素主要有:活物質(zhì)與集流體的接觸、活物質(zhì)本身因素、極板參數(shù)等?;钗镔|(zhì)要與集流體面充分接觸,可以從集流體銅箔、鋁箔基材上,正負(fù)極漿料粘接性上考慮?;钗镔|(zhì)本身的孔隙率、顆粒表面副產(chǎn)物、與導(dǎo)電劑混合不均勻等均會造成電子阻抗變化。極板參數(shù)如活物質(zhì)密度太小時,顆粒間隙大,不利于電子傳導(dǎo)。
隔膜
隔膜對電子阻抗的影響因素主要有:隔膜厚度、孔隙率以及充放電過程中的副產(chǎn)物。前兩者很容易理解,在電芯拆解之后經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)隔膜上沾著厚厚一層褐色物質(zhì),里面包括石墨負(fù)極及其反應(yīng)副產(chǎn)物,會造成隔膜孔堵塞,降低電池使用壽命。
集流體基材
集流體的材質(zhì)、厚度、寬度以及其與極耳的接觸程度均會影響電子阻抗。集流體需要選擇未氧化鈍化的基材,否則會影響阻抗大小。銅鋁箔與極耳焊接不良也會影響電子阻抗。
接觸阻抗
接觸電阻是在銅鋁箔與活物質(zhì)的接觸間形成的,需要重點關(guān)注正負(fù)極漿料的粘接性。
極化內(nèi)阻
電流通過電極時,電極電勢偏離平衡電極電勢的現(xiàn)象稱為電極的極化。極化包括歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化。極化電阻是指電池的正極與負(fù)極在進行電化學(xué)反應(yīng)時極化所引起的內(nèi)阻,其能反應(yīng)電池內(nèi)部的一致性,但是由于受操作、方法的影響,不適用于生產(chǎn)中。極化內(nèi)阻不是常數(shù),在充放電過程中隨時間不斷變化,這是因為活性物質(zhì)的組成,電解液的濃度和溫度都在不斷的改變。歐姆內(nèi)阻遵守歐姆定律,極化內(nèi)阻隨電流密度增加而增大,但不是線性關(guān)系。常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增加。
結(jié)構(gòu)設(shè)計影響
在電池結(jié)構(gòu)設(shè)計中,除了電池結(jié)構(gòu)件本身的鉚接及焊接之外,電池極耳的數(shù)量、尺寸、位置等直接影響電池內(nèi)阻大小。在一定程度內(nèi),增加極耳數(shù)量,可有效降低電池內(nèi)阻。極耳位置也影響電池的內(nèi)阻,極耳位置在正負(fù)極極片頭部的卷繞電池內(nèi)阻最大,且相較于卷繞式電池,疊片式電池相當(dāng)于幾十片小電池并聯(lián),其內(nèi)阻更小。
原材料性能影響
















