I. UVOD
Litijumske baterije, kao važan uređaj za pohranu energije široko se primjenjuju u modernom društvu, poput električnih vozila i prijenosnih elektroničkih uređaja. Međutim, litijumske baterije mogu doživjeti kratke spojeve tokom upotrebe, što ne samo utječe na performanse baterije, već mogu pokrenuti ozbiljna sigurnost, poput požara i eksplozija. Unutarnji otpor jedan je od ključnih pokazatelja za mjerenje performansi litijumske baterije. Povećanje unutrašnjeg otpora dovodi do smanjenja kapaciteta pražnjenja baterije, smanjenje kapaciteta i skraćenog vijek trajanja. Stoga, proučavanje uzroka rasta unutrašnjeg otpora litijumske baterije tokom kratkih spojeva imaju važan teorijski i praktičan značaj.
II. Sastav litijumske baterije Unutarnjeg otpora
Unutarnji otpor litijumske baterije uglavnom se sastoji od otpornosti na ohmički otpor i polarizaciju. Ohmički otpor uključuje otpor elektroda, otpornost elektrolitnog rješenja, otpor koji se susreće sa ionima koji prolaze kroz mikropore odvojenika i otpornosti na kontakt između pozitivnih \/ negativnih elektroda i separatora. Otpornost na polarizaciju je provodljiva otpornost koja se formira zbog polarizacije elektrode tokom punjenja i pražnjenja baterije, uključujući elektrohemijsku polarizaciju i polarizaciju koncentracije. Elektrohemijska polarizacija uzrokovana je sporošću reakcija elektroda, dok je poklarizacija koncentracije uzrokovana promjenama u koncentraciji jona u blizini površine elektrode.
III. Analiza uzroka unutarnjeg otpora povećavaju litijumske baterije tokom kratkih krugova
(I) Korijenski uzroci nivoa materijala
1.Država pozitivnih i negativnih aktivnih materijala
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). Rast litijumskih dendriti može probiti separator, uzrokujući kratkog kruga baterije, dok pretjerano debeli SEI film može ometati litijum-jon migraciju i povećati unutrašnji otpor baterije.
2.Ectrolyte aging i sučelja
Proizvodi za raspadanje elektrolita (kao što su Lif, Li₂co₃₃) akumuliraju na površini elektrode, formirajući sloj sučelja visokog impedancije. Pod visokim temperaturnim ili prekomjernim uvjetima, povećava se viskoznost elektrolita, a litijum-jonska transportna efikasnost opada. Na primjer, kada je baterija u visokotemperaturnom okruženju, viskoznost elektrolita se povećava, a stopa migracije litijum-jona usporava se, što dovodi do povećanja unutarnjeg otpora baterije.
3. Kolekcionar i degradacija tabulatora
Oksidacija ili korozija aluminijske \/ bakrene folije dovode do povećanja kontaktnog otpora (uobičajeno u okruženjima visokog vlažnosti). Virtualno zavarivanje tablica za zavarivanje ili materijalni umor (poput uvjeti vibracija) uzrokuje da se lokalni otpor umnožava. Tijekom upotrebe baterije, trenutni kolekcionar i kartice mogu proći oksidaciju ili koroziju zbog faktora okoliša, što dovodi do povećanja kontaktnog otpora. Istovremeno, virtualno zavarivanje tablica za zavarivanje ili materijalni umor takođe može povećati lokalni otpor.
(Ii) Nadređeni efekat kvarova kvarova
1.Uneven premaz elektroda
Fluktuacije u ogromnoj gustini (± 5% ili više) dovode do neravnomjerne trenutne distribucije i značajno povećanje lokalne politizacijske otpornosti. Ako je premaz elektrodenog listova neujednačen, rezultirat će neujednačenom trenutnom distribucijom unutar baterije, a određena područja koja imaju pretjerano visoke gustoće struje, na taj način uzrokujući povećanje lokalne otpornosti na polarizaciju.
2.Greške u procesima slaganja \/ namotaja
Neispunjavanje listova elektroda dovodi do ručnog zamućenja kontakta, povećavajući rizik od mikro-kratkih spojeva i dodatne impedancije. Tokom proizvodnje baterije, ako postoje greške u procesu slaganja ili namotaja, može prouzrokovati neusklađivanje listova elektrode, što je dovelo do ručnog zamućenja, povećavajući rizik od mikro-kratkih krugova i dodatne impedancije.
3.Nedovoljno injekcije elektrolita i vlaženje
Elektrolit ne prodire u potpunosti u porastu od separatora (stupanj vlaženja <90%), blokira jonske kanale. Ako elektrolit ne prodire u potpunosti odvajača, blokirat će ionske kanale, usporiti stopu migracije litijum-jona i povećati unutarnji otpor baterije.
(Iii) Utjecaj potrošnje i operativnih uslova upotrebe
1.Okruženje niskog temperature
Jonska provodljivost elektrolita smanjuje se za više od 50%, a kako se povećavaju otpornost na ohmičke otpornosti i polarizacije. U niskom temperaturnom okruženju, ionska provodljivost elektrolita značajno se smanjuje, što dovodi do povećanja otpornosti na bateriju i otpornost na polarizaciju.
2.Visoka brzina punjenja i pražnjenja
Polarizacija koncentracije pojačava, naponsku platformu se urušava, a efikasan unutarnji otpor povećava za 20% {1}}%. Kada baterija prođe velike punjenja i pražnjenja, koncentracija ionske koncentracije u blizini elektrode se brzo mijenja, što dovodi do intenzivirane polarizacije koncentracije i povećanje interne otpornosti na bateriju.
3.Dugoročno biciklističko starenje
Kumulativni efekti kao što su aktivni gubitak litijuma i smanjenje poroznosti elektrode vode do godišnje stope rasta unutarnjeg otpora većim od 5%. Tijekom dugotrajne upotrebe biciklizma baterije, aktivni litijum postepeno iscrpljuje, a poroznost elektrode također se smanjuje. Ovi kumulativni efekti vode do godišnje stope rasta unutarnjeg otpora veće od 5%.
(Iv) Lokalna pregrijavanja i strukturna šteta uzrokovana kratkim spojevima
1.Lokalno pregrijavanje
Velika struja proizvedena tokom kratkog spoja vodi se do oštrog povećanja lokalne temperature unutar baterije. Visoke temperature ubrzavaju degradaciju unutarnjih materijala baterije, poput raspadanja elektrolita i promjena u strukturi materijala elektrode, dodatno povećanje unutarnjeg otpora. Na primjer, kada baterija doživi kratki spoj, kratka spoj stvara veliku količinu topline, što uzrokuje rast lokalne temperature i raspadanja elektrolita, formirajući sloj sučelja visokog impedancije i povećanje unutarnjeg otpora baterije.
2. Izgradnja oštećenja
Ogromna struja i toplina koja proizvedena tijekom kratkog spoja mogu dovesti do strukturne štete unutar baterije, poput separatora za topljenje i deformacija elektroda. Ove konstrukcijske štete direktno utječu na ion i elektron transportne kanale baterije, što dovodi do značajnog povećanja unutarnjeg otpora. Na primjer, visoka temperatura generirana tijekom kratkog spoja može se rastopiti odvajača, uzrokujući izravan kontakt između pozitivnih i negativnih elektroda, čime veće struje kratkog spoja, a također oštećuje strukturu elektroda, povećavajući unutarnji otpor baterije.
IV. Zaključak
Uzroci interne otpornice u litijumskim baterijama tokom kratkih spojeva su višestruki, uključujući korijenski uzroci nivoa materijala, superpozicioni efekt kvarova, utjecaj okoliša i operativnih uvjeta i strukturne štete uzrokovane kratkim spojevima. Ovi faktori međusobno komuniciraju, kolektivno vodeći do povećanja unutrašnjeg otpora u litijumskim baterijama tokom kratkih krugova. Razumijevanje ovih uzroka je od velikog značaja za dizajn, proizvodnju, upotrebu i održavanje litijumskih baterija. U fazi dizajna baterije treba odabrati odgovarajuće materijale i procesni parametri optimizirani za smanjenje unutarnjeg otpora baterije. Tijekom upotrebe baterije, baterija treba držati podalje od okruženja u oštrim korištenjem, poput visokih temperatura, niskih temperatura i visoke vlage, a punjenje baterije i brzine pražnjenja trebaju biti razumno za produženje veća baterija i osigurati sigurnost baterije i osigurati sigurnost baterije i osigurati sigurnost baterije i osigurati sigurnost baterije. Istovremeno, za baterije koje su već doživjele kratki spoj, treba izvršiti pravovremeno tretman kako ne bi izbegavalo jačanje ozbiljnijih sigurnosnih pitanja. Buduća istraživanja trebala bi dalje uvesti u mehanizam internog otpora povećati litijumske baterije tokom kratkih spojeva i razviti efikasnije tehnologije upravljanja baterijama i poboljšanju performansi i sigurnosti litijumske baterije i sigurnost.