Façons de réduire la résistance ohmique dans les batteries au lithium-ion

La résistance interne d'une batterie lithium-ion se compose principalement de trois parties: la résistance aux ions, la résistance électronique et la résistance de contact. Pour réduire la résistance interne d'une batterie lithium-ion, des mesures spécifiques doivent être prises pour ces trois aspects.

Résistance aux ions des batteries lithium-ion

La résistance aux ions d'une batterie lithium-ion fait référence à la résistance qui se produit lors de la transmission interne des ions lithium. Le taux de migration des ions lithium et la conductivité électronique jouent des rôles tout aussi importants dans la batterie au lithium, et la résistance aux ions est principalement influencée par les matériaux d'électrode positive et négative, le séparateur, et l'électrolyte. Pour réduire la résistance aux ions, les points suivants doivent être pris en compte:

Assurer de bonnes propriétés de mouillage des matériaux et électrolytes d'électrode positive et négative

Lors de la conception des plaques d'électrode, il est nécessaire de sélectionner la densité de compactage appropriée. Des densités de compactage trop élevées conduisent à un mauvais mouillage des électrolytes, qui à son tour augmente la résistance aux ions. Pour les plaques d'électrode négative, si le film SEI sur la surface de la substance active est trop épais pendant la charge et la décharge initiales, il augmentera également la résistance aux ions, et le processus de formation de la batterie doit être ajusté pour résoudre ce problème.

L'impact de l'électrolyte

L'électrolyte doit avoir une concentration, une viscosité et une conductivité appropriées. Lorsque la viscosité de l'électrolyte est trop élevée, elle n'est pas propice à l'infiltration entre les matières actives positives et négatives de l'électrolyte. Dans le même temps, l'électrolyte a besoin d'une faible concentration. Une trop grande concentration nuit également à son écoulement et à son infiltration. La conductivité de l'électrolyte est le facteur le plus important qui affecte la résistance aux ions et il détermine la migration des ions.

L'influence du séparateur sur la résistance aux ions

Les principaux facteurs influençant la résistance aux ions du séparateur comprennent la distribution de l'électrolyte dans le séparateur, la zone du séparateur, l'épaisseur, la taille des pores, la porosité et le coefficient de tortuosité. Pour les séparateurs en céramique, il est également nécessaire d'empêcher les particules de céramique de bloquer les pores du séparateur et de s'assurer qu'il n'y a pas d'électrolyte résiduel excessif pour réduire l'efficacité d'utilisation de l'électrolyte.

Résistance électronique des batteries lithium-ion

Les facteurs d'influence de la résistance électronique des batteries lithium-ion sont nombreux et peuvent être améliorés à partir du matériau, du processus et d'autres aspects.

Plaques d'électrode positive et négative

Les facteurs influençant la résistance électronique des plaques d'électrodes positives et négatives sont principalement le contact entre les matériaux actifs et les collecteurs de courant, les propriétés physiques des matériaux actifs et les paramètres des plaques d'électrode. Un contact suffisant entre les matériaux actifs et les collecteurs de courant devrait être établi pour une meilleure adhérence des pâtes d'électrode positives et négatives. La porosité du matériau actif lui-même, les sous-produits à la surface des particules et le mélange inégal avec des agents conducteurs peuvent tous entraîner un changement de résistance électronique. La densité du matériau actif est trop petite si l'écart de particules est trop grand, ce qui entraîne une mauvaise conduction électronique.

Le séparateur

Les facteurs influençant la résistance électronique du séparateur sont principalement l'épaisseur, la porosité et les sous-produits générés pendant le processus de charge et de décharge. Les deux premiers facteurs sont faciles à comprendre. Lors du démontage de la batterie, une épaisse couche de substances brunes peut souvent être trouvée sur le dessus du séparateur. À l'intérieur, l'électrode négative en graphite et ses sous-produits de réaction peuvent provoquer un blocage des pores du séparateur et réduire la durée de vie de la batterie.

Le substrat collecteur de courant

Le matériau, l'épaisseur, la largeur et le degré de contact entre le collecteur de courant et l'oreille de l'électrode influencent la résistance électronique. Le collecteur de courant doit utiliser des substrats non oxydés et passivés, sinon la résistance sera affectée. Un mauvais soudage entre les feuilles de cuivre et d'aluminium et l'oreille de l'électrode affectera également la résistance électronique.

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Résistance de contact des batteries lithium-ion

La résistance au contact est formée entre les feuilles de cuivre et d'aluminium et les matériaux actifs et nécessite une attention particulière à l'adhérence des pâtes d'électrode positive et négative.

Res de polarisationIstance

Lorsque le courant traverse les électrodes, le potentiel d'électrode s'écarte du potentiel d'électrode à l'équilibre, appelé polarisation d'électrode. La polarisation comprend la polarisation ohmique, la polarisation électrochimique et la polarisation de concentration. La résistance à la polarisation fait référence à la résistance interne causée par la polarisation des électrodes pendant la réaction électrochimique. Il peut refléter la cohérence à l'intérieur de la batterie. Cependant, il ne convient pas à la production car il est affecté par le fonctionnement et les méthodes. La résistance à la polarisation n'est pas une constante mais change continuellement au fil du temps pendant la charge et la décharge en raison des changements dans la composition du matériau actif, la concentration d'électrolyte et la température. La résistance ohmique suit la loi d'Ohm et la résistance à la polarisation augmente de manière non linéaire avec l'augmentation de la densité de courant. L'augmentation se produit souvent de manière linéaire avec l'augmentation du log de la densité actuelle.

L'impact de la conception structurelle

Dans la conception structurelle des batteries lithium-ion, en plus du rivetage et du soudage des composants structurels de la batterie, le nombre, la taille, et la position des oreilles d'électrode de batterie affectent directement la résistance interne de la batterie. Dans une certaine mesure, l'augmentation du nombre d'oreilles d'électrode peut réduire efficacement la résistance interne de la batterie. La position de l'oreille de l'électrode affecte également la résistance interne de la batterie; la résistance interne des batteries enroulées est la plus élevée au sommet des plaques d'électrode positive et négative, tandis que les batteries empilées sont équivalentes à la connexion parallèle de dizaines de petites batteries, ce qui entraîne une résistance interne plus faible.

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