電気自動車は、無公害、低騒音、高エネルギー効率、構造が簡単という利点があり、自動車産業の重要な発展方向となっています。 近年、市場の新エネルギー車では、動力用リチウム電池の高速充放電性能に対する要求がますます高まっており、内部抵抗は電池の電力性能と放電効率に影響を与える重要な要素となっており、その初期サイズは主に次の要素によって決定されます。電池の構造設計、原材料、性能、プロセス技術の決定。
リチウムイオン電池を使用すると、主に容量の低下、内部抵抗の増加、出力低下など、電池の性能が低下していきます。電池の内部抵抗の変化は、温度や放電深度などのさまざまな条件の影響を受けます。 したがって、本稿では、電池の内部抵抗に影響を与える要因を、電池の構造設計、原材料の性能、プロセス技術、使用条件の側面から主に説明します。
1. 構造設計への影響
バッテリー構造の設計では、バッテリー構造自体のリベット留めと溶接に加えて、バッテリータブの数、サイズ、位置がバッテリーの内部抵抗に直接影響します。 タブの数を増やすと、電池の内部抵抗をある程度まで効果的に下げることができます。 タブの位置も電池の内部抵抗に影響します タブの位置が正負極の先端にあるコイル状電池の内部抵抗が最も大きくなります コイル状電池と比較してラミネート電池は同等です小さな電池を数十個並列接続すると内部抵抗が小さくなります。
2. 原料性能の影響
1. 正極活物質と負極活物質
リチウムイオン電池において、正極材料はリチウムイオン電池の性能を大きく左右するリチウム貯蔵側であり、主にコーティングやドーピングにより粒子間の電子伝導性を向上させます。 たとえば、Niをドーピングすると、P-O結合の強度が強化され、LiFePO4/Cの構造が安定化し、ユニットセルの体積が最適化され、正極材料の電荷移動抵抗を効果的に低減できます。
しかし、電気化学的熱結合モデルのシミュレーション分解を通じて、高率放電条件下では活性化分極、特に負極の活性化分極の大幅な増加が深刻な分極の重要な原因であることが知られています。 負極の粒径を小さくすることで負極の活性分極を効果的に低減でき、負極固相の粒径を半分にすると活性分極を45%低減できる。 そのため、電池設計においては、正負極材料自体の改良研究も不可欠です。
2. 導電剤
グラファイトとカーボンブラックは、その優れた特性によりリチウムイオン電池に広く使用されています。 黒鉛系導電剤と比較して、カーボンブラック系導電剤を正極に添加した場合の電池レート性能は、黒鉛系導電剤が薄片状の粒子形状を有しており、これにより細孔蛇行係数が大きく増加するため、優れている。高倍率では、拡散プロセスによって放電容量が制限される Li 液相現象が発生しやすくなります。 CNTを添加した電池は、グラファイト・カーボンブラックと活物質が点接触しているのに比べ、繊維状カーボンナノチューブと活物質が線接触しているため、電池の界面インピーダンスを下げることができ、内部抵抗が小さくなります。 。
3. コレクター
集電体と活物質の間の界面抵抗を低減し、両者間の結合強度を向上させることは、リチウムイオン電池の性能を向上させる重要な手段です。 アルミニウム箔の表面に導電性カーボンコーティングをコーティングし、アルミニウム箔をコロナ処理することにより、電池の界面抵抗を効果的に低減できます。 カーボンコートアルミ箔を使用すると、通常のアルミ箔に比べて電池の内部抵抗を約65%低減でき、使用中の電池の内部抵抗の増加を抑えることができます。
コロナ処理したアルミ箔のAC内部抵抗は約20%低減でき、一般的に使用されるSOC20%～90%の範囲では、全体のDC内部抵抗は比較的小さく、増加に伴って増加は徐々に小さくなります。放電の深さ。
4. ダイヤフラム
電池内部のイオン伝導は、セパレータの細孔を通した電解液中のLiイオンの拡散に依存しており、良好なイオン流路を形成するにはセパレータの吸液性と濡れ性が鍵となります。吸収率と多孔質構造により改善することができ、導電性により電池のインピーダンスが低下し、電池のレート性能が向上します。 セラミックダイヤフラムとゴムコーティングされたダイヤフラムは、一般的なベースフィルムと比較して、ダイヤフラムの耐高温収縮性を大幅に向上させるだけでなく、ダイヤフラムの液体吸収性と湿潤性も向上させます。ダイヤフラムにより、ダイヤフラムがより多くの液体を吸収できるようになり、液体の量が 17% 増加しました。 PP/PE複合ダイヤフラムに1μmのPVDF-HFPをコーティングすることにより、ダイヤフラムの液体吸収率が70%から82%に増加し、セルの内部抵抗が20%以上減少しました。
3. プロセス要因の影響
1.パルプを混ぜる
スラリー混合時のスラリー分散の均一性は、導電剤を活物質中に均一に分散させ密着させることができるかどうかに影響し、電池の内部抵抗に関係します。 高速分散を加えることでスラリー分散の均一性が向上し、電池の内部抵抗が小さくなります。 界面活性剤を添加することにより、電極中の導電剤の均一な分布が改善され、電気化学的分極が減少し、中央値放電電圧が改善される。
2. コーティング
面密度は電池設計の重要なパラメータの 1 つであり、電池容量が増加すると、新しい電極シートの面密度により集電体とセパレータの全長が必然的に短くなり、電池のオーミック内部抵抗が減少します。したがって、一定の範囲内では、面密度が増加するにつれて電池の内部抵抗は減少します。 コーティングおよび乾燥中の溶媒分子の移動と脱離はオーブンの温度と密接に関係しており、これはポールピース内の結合剤と導電剤の分布に直接影響し、さらにポールピース内の導電性グリッドの形成に影響を与えます。したがって、コーティングと乾燥のプロセス、温度もバッテリーの性能を最適化するための重要なプロセスです。
3.ローリング
電池の内部抵抗は、圧縮密度の増加とともにある程度まで減少します。これは、圧縮密度が増加し、原料粒子間の距離が減少し、粒子間の接触が増加し、導電性のブリッジとチャネルが増加するためです。バッテリーのインピーダンスが低下します。 圧縮密度の制御は主に圧延厚さによって実現されます。 圧延厚さが異なると、電池の内部抵抗に大きな影響が生じます。圧延厚さが厚いと、活物質がしっかりと圧延されず、内部抵抗が増加するため、活物質と集電体の接触抵抗が増加します。バッテリーの抵抗が増加します。 また、電池をサイクル使用すると、圧延厚さが厚い電池の正極表面に亀裂が生じ、電極シート表面の活物質と集電体との接触抵抗がさらに増大する。
4. ポールピースの納期
正極の保存時間の違いは、電池の内部抵抗に大きな影響を与えますが、保存時間が短い場合、リチウム表面の炭素被覆層の影響により、電池の内部抵抗はゆっくりと増加します。リン酸鉄リチウムとリン酸鉄リチウムの力により、保管時間が長くなると（23 時間以上）、リン酸鉄リチウムと水の反応とリン酸鉄リチウムの結合作用の共同影響により、電池の内部抵抗が大幅に増加します。接着剤。 したがって、実際の加工ではポールピースの納期を厳密に管理する必要があります。
5. 注射
電解液のイオン伝導度は、電池の内部抵抗とレート特性を決定します。電解液の伝導度は、溶媒の粘度範囲に反比例し、リチウム塩の濃度とアニオンのサイズにも影響されます。 導電率の最適化研究に加え、注液量や注液後の浸漬時間も電池の内部抵抗に直接影響し、注液量が少ない場合や浸漬時間が不十分な場合、電池の内部抵抗が上昇してしまいます。大きすぎるとバッテリーに影響を与えます。
4. 使用条件の影響
1. 温度
内部抵抗に対する温度の影響は明らかで、温度が低いほどバッテリー内のイオンの伝達が遅くなり、バッテリーの内部抵抗が大きくなります。 電池のインピーダンスはバルクインピーダンス、SEI膜インピーダンス、電荷移動インピーダンスに分けられますが、バルクインピーダンスとSEI膜インピーダンスは主に電解質のイオン伝導度の影響を受け、低温での変化傾向は電解質の変化傾向と一致しています。電解質の導電率。 低温でのバルク相抵抗やSEI膜抵抗の増加に比べ、充電反応抵抗は温度の低下に伴って大きく増加し、-20℃以下では電池の全内部抵抗に占める充電反応抵抗の割合が大きくなります。ほぼ100%。
2.SOC
バッテリーのSOCが異なると、その内部抵抗も異なります。特にDC内部抵抗はバッテリーの電力性能に直接影響し、実際の状態のバッテリー性能、つまりリチウムのDC内部抵抗を反映します。 -イオン電池は電池の放電深度によって変化します DODを添加・添加すると、10%～80%の放電区間では内部抵抗は基本的に変化せず、放電深度が深くなると内部抵抗が大幅に増加します。
3. 保管
リチウムイオン電池の保管時間が長くなると、電池は劣化し、内部抵抗が増加します。 リチウムイオン電池の種類が異なれば、内部抵抗も異なります。 9月から10月までの長期保管後、LFPバッテリーの内部抵抗増加率はNCAバッテリーやNCMバッテリーよりも高くなります。 内部抵抗の増加率は、保管時間、保管温度、保管 SOC に関連しており、Stroe らは、LFP/C バッテリーの 24 ～ 36 か月間の保管研究を通じて、これらの関係を定量化しました (以下のように)。
ここで、温度の単位は K、SOC の単位はパーセント、時間の単位は月です。
4. サイクル
保存時でもサイクル時でも、バッテリーの内部抵抗に対する温度の影響は同じで、サイクル温度が高いほど内部抵抗の増加率は大きくなります。 サイクル間隔が異なると、バッテリーの内部抵抗に異なる影響が生じます。バッテリーの内部抵抗は、充放電の深さが増すにつれて加速し、内部抵抗の増加は充放電の深さに比例します。
サイクルにおける充電と放電の深さの影響に加えて、充電カットオフ電圧も影響します: 充電電圧の上限が低すぎるか高すぎると、電極の界面インピーダンスが増加します。Zheng et al LFP/Cバッテリーのサイクルにおける最適な上限充電電圧は3.9～4.3Vと考えられており、試験の結果、上限電圧が低すぎると不動態皮膜がうまく形成できないことが判明し、上限電圧を下回ると不動態皮膜が良好に形成されないことが判明した高すぎると電解液が酸化し、LiFePO4 電極の表面に導電率の低い生成物が形成されます。
5. その他
車載用リチウムイオン電池は実際の使用においては必然的に悪路条件にさらされますが、リチウムイオン電池の振動環境は使用中のリチウムイオン電池の内部抵抗にほとんど影響を与えないことが研究で判明しています。
5. 今後の見通し
内部抵抗は、リチウムイオンの電力性能を評価し、電池寿命を評価するための重要なパラメータであり、内部抵抗が大きいほど、電池のレート性能が低下し、保管時やサイクル使用中に増加が早くなります。 内部抵抗は電池の構造、電池材料の特性、製造プロセスに関係しており、周囲温度や充電状態の変化によって変化します。 したがって、内部抵抗の低い電池の開発は電池の動力性能を向上させる鍵であると同時に、電池の内部抵抗の変化則を理解することは電池の寿命予測において非常に重要な実用的意義を有します。
SOC、DOD、SOH、放電Cレート…蓄電池パラメータの詳細説明
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