I. Inngangur
Litíum rafhlöður, sem mikilvægt orkugeymslutæki, hefur verið beitt víða í nútíma samfélagi, svo sem í rafknúnum ökutækjum og flytjanlegum rafeindatækjum. Hins vegar geta litíum rafhlöður upplifað skammhlaup við notkun, sem hefur ekki aðeins áhrif á afköst rafhlöðunnar heldur geta einnig kallað fram alvarleg öryggismál, svo sem eldsvoða og sprengingar. Innri viðnám er einn af lykilvísunum til að mæla afköst litíum rafhlöðu. Aukning á innri viðnám leiðir til lækkunar á losunargetu rafhlöðunnar, minnkun á afkastagetu og styttri þjónustu endingu. Þess vegna hefur það að rannsaka orsakir innri viðnáms aukningar á litíum rafhlöðum meðan á stuttum hringjum stendur, mikilvæg fræðileg og hagnýt þýðing.
II. Samsetning litíum rafhlöðu innri viðnám
Innri viðnám litíum rafhlöðu samanstendur aðallega af ohmískri mótstöðu og skautunarþol. Ohmísk viðnám felur í sér viðnám rafskautanna sjálfra, viðnám salta lausnarinnar, viðnámið sem jónir lendir í gegnum örverur skiljunarinnar og snertimótstöðu milli jákvæðra\/neikvæðra rafskauta og aðskilnaðarins. Polarization mótspyrna er leiðandi viðnám sem myndast vegna rafskautagigtar við hleðslu og losun rafgeymis, þar með talið rafefnafræðileg skautun og styrkur pólun. Rafefnafræðileg skautun stafar af hægri rafskautviðbrögðum, meðan styrkur skautun stafar af breytingum á jónstyrk nálægt rafskautsyfirborði.
Iii. Greining á orsökum aukinnar innri viðnáms í litíum rafhlöðum á stuttum hringrás
(I) Rótorsök á efnisstigi
1. Gegnun jákvæðra og neikvæðra virkra efna
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). Vöxtur litíum dendrites getur stungið aðskilnaðinn og valdið stuttri hringrás rafhlöðunnar, en of þykk SEI filmu getur hindrað litíumjónarflutninga og aukið innri viðnám rafhlöðunnar.
2. Rafmagns öldrun og viðmótsmál
Niðurbrotsafurðir raflausnar (svo sem LIF, Li₂co₃) safnast upp á yfirborð rafskautsins og myndar lag við tengi við hámarks. Við háhita eða ofhleðsluaðstæður eykst seigja salta og litíum jónaflutninga skilvirkni. Til dæmis, þegar rafhlaða er í háhita umhverfi, eykst seigja salta og flæði litíumjóna hægir á sér, sem leiðir til aukningar á innri viðnám rafgeymis.
3. Current Collector og niðurbrot flipa
Oxun eða tæring á áli\/koparpappír leiðir til aukinnar viðnáms snertimóts (algengt í umhverfi með mikilli og háum). Sýndar suðu á flip suðupunkta eða efnisþreytu (svo sem við titringsskilyrði) veldur því að staðbundin mótspyrna fjölgar. Við notkun rafhlöðu geta núverandi safnari og flipar farið í oxun eða tæringu vegna umhverfisþátta, sem leiðir til aukinnar viðnáms. Á sama tíma getur sýndar suðu á flipa suðupunkta eða efnisþreytu einnig aukið staðbundna viðnám.
(Ii) Superposition áhrif ferilgalla
1. Óeðlin lag á rafskautablöðum
Sveiflur í þéttleika sveifla (± 5% eða meira) leiða til ójafnrar dreifingar og verulegrar aukningar á staðbundinni pólun viðnám. Ef lag á rafskautblöðum er misjafn mun það leiða til ójafnrar dreifingar í rafhlöðunni, þar sem ákveðin svæði hafa of mikla þéttleika og veldur þar með aukningu á staðbundinni skautunarþol.
2.Villur í stafla\/vinda ferlum
Misskipting rafskautsblaðs leiðir til snertingar á brún Burr og eykur hættuna á örstuðla hringrásum og viðbótar viðnám. Við framleiðslu rafhlöðunnar, ef það eru villur í stafla eða vinda, getur það valdið misskiptingu rafskautsblöðra, sem leiðir til snertingar á brún Burr, aukið hættuna á ör stuttum hringrásum og viðbótar viðnám.
3.Ófullnægjandi salta innspýting og bleyting
Raflausnin kemst ekki að fullu inn í aðskilnað svitahola (væta gráðu <90%), hindrar jónagöng. Ef raflausnin kemst ekki að fullu inn í aðskilnaðar svitahola, þá mun það loka á jónagöngum, hægja á flutningshraða litíumjóna og auka innri viðnám rafhlöðunnar.
(Iii) Áhrif notkunarumhverfis og rekstrarskilyrða
1.Lágt hitastig umhverfi
Jónísk leiðni salta minnkar um meira en 50%og bæði ohmísk viðnám og skautunarþol eykst. Í lágu hitastigsumhverfi minnkar jónaleiðni salta verulega, sem leiðir til aukningar á rafhlöðuþol og skautunarþol.
2.Háhraða hleðslu og losun
Styrkur skautun magnast, spennupallurinn hrynur og áhrifarík innri viðnám eykst um 20% - 40%. Þegar rafhlaðan gengst undir háhraða hleðslu og losun breytist jónstyrkur nálægt rafskautsyfirborði hratt, sem leiðir til aukinnar styrkleika styrkleika og aukningu á virkri innri viðnám rafhlöðunnar.
3.Langtíma hjólreiðar öldrun
Uppsöfnuð áhrif eins og virkt litíumtap og lækkun á porosity rafskauts leiða til árlegs vaxtarhraða innri viðnáms yfir 5%. Meðan á langtíma hjólreiðanotkun á rafhlöðu stendur, tæmist virk litíum smám saman og porosity rafskauts minnkar einnig. Þessi uppsöfnuð áhrif leiða til árlegs vaxtarhraða innri viðnáms yfir 5%.
(Iv) Staðbundin ofhitnun og burðarskemmdir af völdum skammhlaups
1. Hinn ofhitnun
Stóri straumurinn sem myndast við skammhlaup leiðir til mikillar hækkunar á staðbundnu hitastigi inni í rafhlöðunni. Hátt hitastig flýtir fyrir niðurbroti innri efna rafhlöðunnar, svo sem niðurbrot raflausnar og breytingar á uppbyggingu rafskauts, sem eykur enn frekar innri viðnám. Til dæmis, þegar rafhlaðan upplifir skammhlaup, býr skammhlaupsstaðsetningin mikið magn af hita, sem veldur því að staðbundið hitastig hækkar og raflausn niðurbrots, myndar lag við tengi við viðmóta og eykur innri viðnám rafhlöðu.
2. Structural tjón
Stór straumur og hiti sem myndast við skammhlaup getur leitt til burðarskemmda inni í rafhlöðunni, svo sem aðskilnaðarbráðnun og aflögun rafskautsefnis. Þessar skipulagsskemmdir hafa bein áhrif á jón og rafeindaflutningsrásir rafhlöðunnar, sem leiðir til verulegrar aukningar á innri viðnám. Til dæmis getur háhiti sem myndast við skammhlaup brætt aðskilnaðinn, valdið beinni snertingu milli jákvæðra og neikvæðra rafskauta, myndað stærri skammhlaupsstraum og einnig skaðað uppbyggingu rafskautefnanna, eykur innri viðnám rafhlöðu.
IV. Niðurstaða
Orsakir innri viðnáms aukningar á litíum rafhlöðum á stuttum hringrásum eru margþættar, þar með talið rótarástæður efnisstigs, ofuráhrif á ferli galla, áhrif notkunarumhverfis og rekstrarskilyrða og staðbundið ofhitnun og uppbyggingarskemmdir af völdum skammhlaups. Þessir þættir hafa samskipti sín á milli, sem leiðir sameiginlega til aukningar á innri viðnám í litíum rafhlöðum á stuttum hringrásum. Að skilja þessar orsakir hefur mikla þýðingu fyrir hönnun, framleiðslu, notkun og viðhald litíum rafhlöður. Í rafhlöðuhönnunarstiginu ætti að velja viðeigandi efni og vinna að breytum sem eru fínstilltar til að draga úr innri viðnám rafhlöðunnar. Við rafhlöðunotkun ætti að halda rafhlöðunni frá hörðu notkunarumhverfi, svo sem hátt hitastig, lágt hitastig og mikinn rakastig, og hleðslu og losunarhraði rafhlöðunnar ætti að vera með sanngjörnum hætti til að lengja endingu rafhlöðunnar og tryggja öryggi rafhlöðunnar. Á sama tíma, fyrir rafhlöður sem þegar hafa upplifað skammhlaup, ætti að framkvæma tímabær meðferð til að forðast að koma af stað alvarlegri öryggismálum. Framtíðarrannsóknir ættu að kafa enn frekar í fyrirkomulag innri viðnáms aukningar á litíum rafhlöðum á stuttum hringrásum og þróa skilvirkari rafhlöðustjórnun og verndartækni til að bæta afköst og öryggi litíum rafhlöðunnar.