И. УВОД
Литијумске батерије, као важан уређај за складиштење енергије, широко се примењују у савременом друштву, као што су у електричним возилима и преносивим електронским уређајима. Међутим, литијумске батерије могу да доживе кратке склопове током употребе, које не само да утичу само на перформансе батерије, већ и такође могу покренути озбиљну безбедносна питања, као што су пожари и експлозије. Унутрашњи отпор један је од кључних показатеља за мерење перформанси литијумске батерије. Повећање унутрашњег отпора доводи до смањења капацитета пражњења батерије, смањења капацитета и скраћеног радничког живота. Стога, проучавање узрока повећања унутрашњег отпора у литијум батеријама током кратких спојева има важан теоријски и практични значај.
ИИ. Композиција унутрашње отпорности литијумске батерије
Унутрашња отпорност литијумске батерије углавном се састоји од охмови отпорности и отпорности поларизације. Охмићев отпор укључује отпорност саме електроде, отпорност раствора електролита, отпорност сусрета са јонима који пролазе кроз микропоре од сепаратора и отпорности на контакт између позитивних \/ негативних електрода и сепаратора. Поларизациона отпорност је проводљива отпорност услед поларизације електроде током пуњења батерије и испуштања, укључујући електрохемијску поларизацију и поларизацију концентрације. Електрохемијска поларизација проузрокована је спорошћу реакција електроде, док је поларизација концентрације проузрокована променама у концентрацији у јонској концентрацији у близини површине електроде.
ИИИ. Анализа узрока повећања унутрашњег отпора у литијумским батеријама током кратких кола
(И) основни узроци основа на нивоу материјала
1.Деградација позитивних и негативних активних материјала
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 нм). Раст литијум-дендрити-а може пробити сепаратор, узрокујући кратак круг батерије, док је претјерано густ СЕИ филм да омета миграцију литијум-јонске миграције и повећати унутрашњу отпорност на батерију.
2. Елецтролит Старење и питања интерфејса
Производи за распадање електролита (као што су Лиф, Лионцо₃) накупљају се на површини електроде, формирајући слој интерфејса високог импеданције. Под високим температурама или преоптерећеним условима, повећава се електролитни вискозност, а ефикасност литијум-јонске транспорт смањује се. На пример, када је батерија у окружењу високог температура, вискозност електролита расте, а брзина миграције литијумских јона успорава, што је довело до повећања унутрашњег отпора батерије.
3.ГРОРТЕНТНИ КОЛЕКТОР И ДЕГРАДАЦИЈА КАП-а
Оксидација или корозија алуминијума \/ бакарне фолије доводи до повећања отпорности на контакт (уобичајена у окружењу високог влаге). Виртуелно заваривање таблица за заваривање или материјални умор (као што су под условима вибрација) узрокује множење локалног отпора. Током употребе батерије, тренутни колекционар и картица могу се подвргнути оксидацији или корозији због животне фактора, што доводи до повећања отпорности на контакт. Истовремено, виртуелно заваривање таблица за заваривање или материјални умор такође може повећати локални отпор.
(Ии) ефекат сужења оштећења процеса
1.Уневен превлачење електрода
Флуктуације у густини Ареа (± 5% или више) доводе до неравнотежене актуелне дистрибуције и значајном повећању локалне отпорности поларизације. Ако је превлачење листова електрода нераван, резултираће неравномерном расподјелом струје унутар батерије, са одређеним областима које имају прекомерно високе густине струје, чиме узрокују пораст локалне отпорности на локалну поларизацију.
2.Грешке у поступцима за слагање \/ намотавање
Незаличност електрода литерала на ивицу проститутка, повећавајући ризик од микро-кратких склопова и додатне импеданце. Током производње батерије, ако постоје грешке у процесу слагања или намотаја, може проузроковати неусклађивање електрода, што доводи до контакта за ивицу Бурр, повећавајући ризик од микро-кратких склопова и додатне импеданце.
3.Недовољно убризгавање електролита и влажење електролита
Електролит не продире у потпуности у порезаторозне поре (степен влажења <90%), блокирајући ионске канале. Ако електролит не у потпуности продире у сепараторске поре, блокираће ионске канале, успоравају брзину миграције литијум јона и повећати унутрашњу отпорност на батерију.
(Иии) Утицај коришћења животне средине и услова рада
1.Околина са ниским температурама
Ионска проводљивост електролита смањује се за више од 50%, а и охмови отпорности и отпорности поларизације. У окружењу ниског температура, јонска проводљивост електролита значајно се смањује, што је довело до повећања батерије Охмић отпорности и отпорности поларизације.
2.Високократно пуњење и пражњење
Поларизација концентрације појачава, напонска платформа пропада, а ефикасна унутрашња отпорност расте за 20% - 40%. Када батерија подвргне високу брзину наплате и испуштање, концентрација јона у близини површине електроде брзо се мења, што доводи до интензивиране поларизације концентрације и повећањем батерије ефикасног унутрашњег отпора.
3.Дугорочно старење бициклизма
Кумулативни ефекти као што су активни губитак литима и смањење порозности електроде доводе до годишње стопе раста у унутрашњем отпорности прелази 5%. Током дугорочне употребе бициклисте батерије, активни литијум постепено исцрпљује, а порозност електроде такође смањује. Ови кумулативни ефекти доводе до годишњег стопа раста у унутрашњем отпорности прелази 5%.
(Ив) локално прегревање и структурна оштећења узрокована кратким спојем
1.локално прегревање
Велика струја која се генерише током кратких спојева доводи до оштрог пораста локалне температуре унутар батерије. Високе температуре убрзавају деградацију унутрашњих материјала батерије, као што су распадање електролита и промене у структури електрода, даљњи све већи унутрашњи отпор. На пример, када батерија доживи кратак круг, локација кратког круга ствара велику количину топлоте, узрокујући да се локална температура повећа и распада електролита, формирајући слој интерфејса високог импеданције и повећање интернета за батерију.
2.Струрно оштећење
Огромна струја и топлота произведена током кратког споја могу довести до структурног оштећења унутар батерије, као што је деформација топљења и дијеловање електрода. Ова структурна оштећења директно утичу на ионске и електронске транспортне канале батерије, што доводи до значајног повећања унутрашњег отпора. На пример, висока температура која се генерише током кратког круга може растопити сепаратор, узрокујући директан контакт између позитивних и негативних електрода, формирајући већу структуру кратког споја, а такође и оштетили структуру електрода, повећавајући унутрашњу отпорност на батерију.
ИВ. Закључак
Узроци интерно повећање отпора у литијумским батеријама током кратких склопова су вишеструки, укључујући успорене узроке на нивоу материјала, ефекат суперпозиције оштећења процеса, утицај коришћења животне средине и радне услове и структурне штете узроковане кратким спојевима. Ови фактори међусобно комуницирају, колективно што доводи до повећања унутрашњег отпора у литијум батеријама током кратких спојева. Разумевање ових узрока је од великог значаја за дизајн, производњу, употребу и одржавање литијум батерија. У фази дизајна батерије треба одабрати одговарајуће материјале и процесним параметрима оптимизовани да смање унутрашњу отпорност на батерију. Током употребе батерије, батерију се треба држати даље од оштре употребне окружења, попут високих температура, ниских температура, и висока влажност и брзина пуњења и испуштања батерије, и на пуњење и пражњења батерије требало би да буду разумно контролисане да би се проширила век трајања батерије и обезбеђивање сигурности батерије. Истовремено, за батерије које су већ доживеле кратак круг, требало би да се спроводе правовремено третман да се не изазира да се покрене озбиљнија питања безбедности. Будуће истраживање требало би даље да се заустави у механизам повећања унутрашњег отпора у литијумским батеријама током кратких склопова и развија ефикасније управљање батеријом и технологије за заштиту батерија како би се побољшале перформансе и сигурност литијумске батерије.