I. Introducció
Les bateries de liti, com a dispositiu important d’emmagatzematge d’energia, s’han aplicat àmpliament a la societat moderna, com en vehicles elèctrics i dispositius electrònics portàtils. Tot i això, les bateries de liti poden experimentar curtcircuits durant l’ús, que no només afecten el rendiment de la bateria, sinó que també pot desencadenar problemes de seguretat greus, com ara incendis i explosions. La resistència interna és un dels indicadors clau per mesurar el rendiment de la bateria de liti. Un augment de la resistència interna comporta una disminució de la capacitat de descàrrega de la bateria, una reducció de la capacitat i una vida útil escurçada. Per tant, estudiar les causes de la resistència interna augmenta les bateries de liti durant els curtcircuits té una importància teòrica i pràctica important.
II. Composició de la bateria de liti Resistència interna
La resistència interna d’una bateria de liti consisteix principalment en resistència ohmica i resistència a la polarització. La resistència ohmica inclou la resistència dels propis elèctrodes, la resistència de la solució d’electròlits, la resistència que es troben amb ions que passen pels micropores del separador i la resistència de contacte entre els elèctrodes positius\/negatius i el separador. La resistència a la polarització és la resistència conductora formada a causa de la polarització dels elèctrodes durant la càrrega i la descàrrega de bateries, incloent polarització electroquímica i polarització de concentració. La polarització electroquímica és causada per la lentitud de les reaccions dels elèctrodes, mentre que la polarització de la concentració és causada per canvis en la concentració d’ions a prop de la superfície de l’elèctrode.
Iii. Anàlisi de les causes de la resistència interna Augment de les bateries de liti durant els curtcircuits
(I) Causes d’arrel a nivell de material
1. Degradació de materials actius positius i negatius
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). El creixement de les dendrites de liti pot punxar el separador, provocant un curtcircuit de bateries, mentre que una pel·lícula SEI excessivament gruixuda pot dificultar la migració de ions de liti i augmentar la resistència interna de la bateria.
2. Problemes d'envelliment i interfície d'electrolits
Els productes de descomposició d’electròlits (com la vida, li₂co₃) s’acumulen a la superfície de l’elèctrode, formant una capa d’interfície d’alta impedància. En condicions d’alta temperatura o sobrecàrrega, la viscositat dels electròlits augmenta i l’eficiència del transport d’ions de liti disminueix. Per exemple, quan una bateria es troba en un entorn a alta temperatura, la viscositat de l’electròlit augmenta i la taxa de migració dels ions de liti s’alenteix, provocant un augment de la resistència interna de la bateria.
3. Degradació del col·leccionista i de les pestanyes
L’oxidació o la corrosió de l’alumini\/paper de coure condueix a un augment de la resistència al contacte (comú en ambients d’alta humitat). La soldadura virtual de punts de soldadura de pestanyes o fatiga material (com ara en condicions de vibració) provoca que la resistència local es multipliqui. Durant l’ús de la bateria, el col·leccionista actual i les pestanyes poden patir oxidació o corrosió a causa de factors ambientals, provocant un augment de la resistència al contacte. Al mateix temps, la soldadura virtual dels punts de soldadura de la pestanya o la fatiga material també pot augmentar la resistència local.
(Ii) Efecte de superposició dels defectes del procés
1. Consell de fulls d'elèctrodes
Les fluctuacions de la densitat areal (± 5% o més) condueixen a una distribució de corrent desigual i a un augment significatiu de la resistència a la polarització local. Si el recobriment de fulls d’elèctrodes és desigual, es produirà una distribució de corrent desigual a la bateria, amb algunes zones amb densitats de corrent excessivament elevades, provocant així un augment de la resistència a la polarització local.
2.Errors en els processos d’apilament\/bobinatge
La desalineació de les làmines d’elèctrodes condueix a un contacte de la vora de la vora, augmentant el risc de circuits de micro-curts i impedància addicional. Durant la fabricació de bateries, si hi ha errors en el procés d’apilament o de bobinatge, pot causar desalineació de les làmines d’elèctrodes, provocant un contacte de la vora de la vora, augmentant el risc de circuits de micro-curts i impedància addicional.
3.Injecció i humitat d’electròlits insuficients
L’electròlit no penetra completament als porus separadors (grau humit <90%), bloquejant els canals d’ions. Si l’electròlit no penetra completament als porus separadors, bloquejarà els canals d’ions, alentirà la taxa de migració dels ions de liti i augmentarà la resistència interna de la bateria.
(Iii) Impacte de l'entorn d'ús i de les condicions de funcionament
1.Entorn a baixa temperatura
La conductivitat iònica de l’electròlit disminueix en més del 50%, i tant la resistència ohmica com la resistència a la polarització augmenten. En un entorn de baixa temperatura, la conductivitat iònica de l’electròlit disminueix significativament, provocant un augment de la resistència ohmica de la bateria i la resistència a la polarització.
2.Càrrega i descàrrega de gran velocitat
La polarització de la concentració s’intensifica, la plataforma de tensió s’esfondra i la resistència interna efectiva augmenta un 20% - 40%. Quan una bateria experimenta una càrrega i una descàrrega de gran velocitat, la concentració d’ions a prop de la superfície de l’elèctrode canvia ràpidament, provocant una polarització de concentració intensificada i un augment de la resistència interna efectiva de la bateria.
3.Envelliment ciclista a llarg termini
Els efectes acumulatius com la pèrdua activa de liti i una disminució de la porositat dels elèctrodes condueixen a una taxa de creixement de la resistència interna anual superior al 5%. Durant l’ús del ciclisme a llarg termini d’una bateria, el liti actiu s’esgota gradualment i la porositat dels elèctrodes també disminueix. Aquests efectes acumulats condueixen a una taxa de creixement de la resistència interna anual superior al 5%.
(Iv) sobreescalfament local i danys estructurals causats per curtcircuits
1. Sali de sobreescalfament local
El gran corrent generat durant un curtcircuit comporta un fort augment de la temperatura local dins de la bateria. Les temperatures altes acceleren la degradació dels materials interns de la bateria, com ara la descomposició dels electròlits i els canvis en l'estructura del material de l'elèctrode, augmentant encara més la resistència interna. Per exemple, quan una bateria experimenta un curtcircuit, la ubicació del curtcircuit genera una gran quantitat de calor, provocant que la temperatura local augmenti i la descomposició d’electròlits, formant una capa d’interfície d’alta impedància i augmentant la resistència interna de la bateria.
2. Danys estructurals
L’enorme corrent i la calor generats durant un curtcircuit poden provocar danys estructurals dins de la bateria, com la fusió del separador i la deformació del material de l’elèctrode. Aquests danys estructurals afecten directament els canals de transport d’ions i electrons de la bateria, donant lloc a un augment significatiu de la resistència interna. Per exemple, l’alta temperatura generada durant un curtcircuit pot fondre el separador, provocant un contacte directe entre els elèctrodes positius i negatius, formant un corrent de curtcircuit més gran i també danyant l’estructura dels materials d’elèctrodes, augmentant la resistència interna de la bateria.
Iv. Conclusió
Les causes de la resistència interna l’augment de les bateries de liti durant els curtcircuits són polifacètiques, incloent causes d’arrel a nivell de material, l’efecte de superposició dels defectes del procés, l’impacte de l’entorn d’ús i les condicions de funcionament i el sobreescalfament local i els danys estructurals causats per curtcircuits. Aquests factors interaccionen entre ells, donant lloc a un augment de la resistència interna en les bateries de liti durant els curtcircuits. Comprendre aquestes causes és de gran importància per al disseny, la fabricació, l’ús i el manteniment de les bateries de liti. En l’etapa de disseny de la bateria, s’han de seleccionar materials adequats i es poden optimitzar els paràmetres de processar per reduir la resistència interna de la bateria. Durant l’ús de la bateria, la bateria s’ha de mantenir allunyat dels ambients d’ús durs, com ara temperatures elevades, baixes temperatures i humitat elevada, i la taxa de càrrega i descàrrega de la bateria s’ha de controlar raonablement per ampliar la vida del servei de la bateria i assegurar la seguretat de la bateria. Al mateix temps, per a les bateries que ja han experimentat un curtcircuit, s’hauria de realitzar un tractament puntual per evitar desencadenar problemes de seguretat més greus. Les futures investigacions haurien d’aprofundir en el mecanisme d’augment de resistència interna de les bateries de liti durant els curtcircuits i desenvolupar tecnologies de protecció i gestió de bateries més efectives per millorar el rendiment i la seguretat de la bateria de liti.