理論と製造でリチウム電池の内部抵抗について話す

内部抵抗は、電流が電池を流れるときのリチウム電池の抵抗です。試験方法により、AC内部抵抗とDC内部抵抗に分けられます。バッテリーの内部抵抗は、リチウムイオンバッテリーの品質を識別するための重要なパラメーターです。バッテリーの内部抵抗が大きいと、大量のジュール熱が発生し、バッテリーの温度が上昇し、バッテリーの放電動作電圧が低下し、放電時間が短くなり、バッテリーの性能と寿命に影響します。深刻な影響を与えます。内部抵抗はまた、リチウム電池の電気化学的性能を検証するためのテストにおける重要なパラメーターです。リチウム電池の材料とプロセスを組み合わせて、リチウム電池の内部抵抗に影響を与える要因を共有します。

一般に、バッテリーの内部抵抗は、オーミック内部抵抗と分極内部抵抗に分けられます。オーミック内部抵抗は、電極材料、電解質、ダイヤフラム抵抗、さまざまな部品の接触抵抗で構成されています。分極内部抵抗は、電気化学反応中の分極によって引き起こされる抵抗を指し、電気化学分極内部抵抗と濃度分極内部抵抗が含まれます。電池のオーミック内部抵抗は、電池の総導電率によって決まり、電池の分極内部抵抗は、電極活物質中のリチウムイオンの固相拡散係数によって決まります。

オーム抵抗

オーミック抵抗は主に3つの部分に分かれています。1つはイオン抵抗、もう1つは電子抵抗、3つ目は接触抵抗です。リチウム電池の内部抵抗はなるべく小さくしたいので、これら3つの項目の抵抗内部抵抗を下げるための具体的な対策が必要です。

1.イオンインピーダンス

リチウム電池のイオン抵抗とは、電池内のリチウムイオンの抵抗を指します。リチウム電池では、リチウムイオンの移動速度と電子伝導速度が等しく重要な役割を果たし、イオン抵抗は主に正極と負極の材料、セパレーター、および電解質によって影響を受けます。イオンインピーダンスを下げるには、次のことを行う必要があります。

①正極材、負極材、電解液の濡れ性を確保してください。

ポールピースを設計するときは、適切な締固め密度を選択する必要があります。圧密密度が大きすぎると、電解液が浸透しにくくなり、耐イオン性が向上します。負極の場合、初回の充放電時に活物質の表面に形成されるSEI膜が厚すぎると、イオン抵抗も増加します。このとき、バッテリー形成プロセスを調整して解決する必要があります。

②電解液の影響

電解液は、適切な濃度、粘度、導電率を備えている必要があります。電解質の粘度が高すぎると、正極活物質と負極活物質の間の浸透を助長しません。同時に、電解質には低濃度も必要です。高すぎる濃度は、その流れと浸透を助長しません。電解質の導電率は、イオンの移動を決定するイオン抵抗に影響を与える最も重要な要素です。

③ダイヤフラムがイオンインピーダンスに与える影響

ダイヤフラムがイオン抵抗に及ぼす主な影響要因は、ダイヤフラム内の電解質の分布、ダイヤフラムの面積、厚さ、細孔サイズ、多孔度、および蛇行係数です。セラミックダイアフラムの場合、セラミック粒子がダイアフラムの細孔を塞ぐのを防ぐことも必要です。これはイオンの通過を助長しません。電解液が完全にダイヤフラムに浸透していることを確認しながら、その中に過剰な電解液が残ってはならず、電解液の使用効率が低下します。

2.電子インピーダンス

電子インピーダンスには多くの影響因子があり、材料やプロセスなどの側面から改善できます。

①正極極板と負極極板

正極板と負極板の電子インピーダンスに影響を与える主な要因は、活物質と集電装置の間の接触、活物質自体の要因、および板のパラメーターです。活物質は、集電体の銅箔、アルミニウム箔の基材、および正極ペーストと負極ペーストの接着から考えることができる、集電体の表面に完全に接触する必要があります。生体材料自体の多孔性、粒子表面の副産物、および導電剤との不均一な混合はすべて、電子インピーダンスの変化を引き起こす可能性があります。生物の密度などの極板パラメーターが小さすぎる、粒子間のギャップが大きすぎる、これは電子伝導を助長しない。

②ダイヤフラム

ダイヤフラムの電子インピーダンスに影響を与える主な要因は、ダイヤフラムの厚さ、多孔性、および充放電プロセスにおける副産物です。最初の2つは理解しやすいです。電池を分解すると、多くの場合、黒鉛の負極とその反応副生成物を含む茶色の材料の厚い層がセパレータ上に見つかり、セパレータの穴を塞いで電池の寿命が短くなります。

③集電基板

電流コレクターの材料、厚さ、幅、およびタブとの接触の度合いはすべて、電子インピーダンスに影響します。集電装置は、酸化および不動態化されていない基板を選択する必要があります。そうしないと、インピーダンスに影響します。銅箔とアルミ箔の間の溶接不良とタブも電子インピーダンスに影響します。

3.接触抵抗

銅箔とアルミ箔の接触と活物質との間に接触抵抗が生じ、正極・負極スラリーの付着に注意する必要があります。

分極した内部抵抗

電流が電極を通過するとき、電極電位が平衡電極電位から逸脱する現象は、電極分極と呼ばれます。分極には、図1に示すように、オーミック分極、電気化学分極、および濃度分極が含まれます。分極抵抗とは、電気化学反応中に電池の正極と負極の分極によって生じる内部抵抗のことです。電池の内部の整合性を反映できますが、操作や方法の影響により生産には適していません。内部分極抵抗は一定ではなく、充電および放電プロセス中に時間とともに変化します。これは、活物質の組成、電解質の濃度、温度が常に変化しているためです。オーミック内部抵抗はオームGG＃39の法則に従い、分極内部抵抗は電流密度の増加とともに増加しますが、線形関係ではありません。電流密度の対数が増加するにつれて、直線的に増加することがよくあります。

一般的に、バッテリーのDC内部抵抗は、分極内部抵抗とオーミック内部抵抗の合計に等しくなります。 DC内部抵抗の測定は非常に重要です。充放電レート、周囲温度、SOC状態、電解質濃度など、分極の内部抵抗に影響を与える多くの要因があります。以下は、リン酸鉄リチウム電池の内部抵抗に対する温度の影響の例です。以下の図に示すように、関連する文献を必要とする人は、個人的にFIRSTEKに書き込むことができます。

業界で使用されている現在のバッテリーの内部抵抗測定方法

業界のアプリケーションでは、バッテリーの内部抵抗の正確な測定は特別な装置によって行われます。現在、業界で使用されている電池の内部抵抗測定方法には、主に次の2つがあります。

1.直流放電内部抵抗測定法

物理式R=U / Iに従って、テスト装置はバッテリーに短時間（通常2〜3秒）で大きな一定のDC電流を流します（現在、40A〜80Aの大電流が一般的に使用されます）。 、そしてこの時にバッテリーが測定されます両端の電圧、そして式に従って現在のバッテリーの内部抵抗を計算します。

この測定方法の精度は比較的高いです。適切な制御により、測定精度誤差を0.1％以内に抑えることができます。しかし、この方法には明らかな欠点があります。

（1）測定できるのは大容量バッテリーまたは蓄電池のみで、小容量バッテリーは2〜3秒以内に40A〜80Aの大電流を負荷できません。

（2）電池に大電流が流れると、電池内部の電極が分極し、内部抵抗が分極します。したがって、測定時間は非常に短くする必要があります。そうしないと、測定された内部抵抗に大きな誤差が生じます。

（3）バッテリーに流れる大電流により、バッテリーの内部電極が損傷します。

2. AC圧力降下内部抵抗測定方法

バッテリーは実際にはアクティブ抵抗と同等であるため、固定周波数と固定電流をバッテリーに適用し（現在は1kHzの周波数と50mAの小電流が一般的に使用されています）、電圧のサンプリング、整流、フィルターなどを行います。次に、オペアンプ回路を介してバッテリーの内部抵抗を計算します。交流電圧降下内部抵抗測定方式の電池測定時間は非常に短く、通常100ミリ秒程度です。

この測定方法の精度も良好で、測定精度の誤差は通常1％から2％の間です。

この方法の長所と短所：

（1）小容量の電池を含め、ほとんどすべての電池が交流電圧降下内部抵抗測定法で測定できます。この方法は通常、ラップトップのバッテリーセルの内部抵抗を測定するために使用されます。

（2）交流電圧降下測定法の測定精度はリップル電流の影響を受けやすく、高調波電流干渉の可能性もあります。これは測定器回路の干渉防止能力のテストです

（3）この方法では、バッテリー自体に大きな損傷を与えることはありません。

（4）交流電圧降下測定法の測定精度は、直流放電内部抵抗測定法ほど良くありません。