I. PENDAHULUAN
Baterai lithium, sebagai alat penyimpanan energi yang penting, telah banyak diterapkan dalam masyarakat modern, seperti pada kendaraan listrik dan perangkat elektronik portabel. Namun, baterai lithium mungkin mengalami sirkuit pendek selama penggunaan, yang tidak hanya mempengaruhi kinerja baterai tetapi juga dapat memicu masalah keamanan yang serius, seperti kebakaran dan ledakan. Resistensi internal adalah salah satu indikator utama untuk mengukur kinerja baterai lithium. Peningkatan resistensi internal menyebabkan penurunan kapasitas pelepasan baterai, pengurangan kapasitas, dan masa pakai yang lebih pendek. Oleh karena itu, mempelajari penyebab peningkatan resistensi internal dalam baterai lithium selama sirkuit pendek memiliki signifikansi teoritis dan praktis yang penting.
Ii. Komposisi resistensi internal baterai lithium
Resistensi internal baterai lithium terutama terdiri dari resistensi ohmik dan resistensi polarisasi. Resistensi ohmik mencakup resistensi elektroda itu sendiri, resistensi larutan elektrolit, resistensi yang dihadapi oleh ion yang melewati mikropori pemisah, dan resistensi kontak antara elektroda positif\/negatif dan pemisah. Resistansi polarisasi adalah resistansi konduktif yang terbentuk karena polarisasi elektroda selama pengisian dan pemakaian baterai, termasuk polarisasi elektrokimia dan polarisasi konsentrasi. Polarisasi elektrokimia disebabkan oleh kelesuan reaksi elektroda, sedangkan polarisasi konsentrasi disebabkan oleh perubahan konsentrasi ion di dekat permukaan elektroda.
AKU AKU AKU. Analisis penyebab peningkatan resistensi internal dalam baterai lithium selama sirkuit pendek
(I) Penyebab akar tingkat material
1. Degradasi bahan aktif positif dan negatif
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). Pertumbuhan lithium dendrit dapat menusuk pemisah, menyebabkan sirkuit pendek baterai, sedangkan film SEI yang terlalu tebal dapat menghambat migrasi ion lithium dan meningkatkan resistensi internal baterai.
2. Masalah penuaan dan antarmuka elektrolit
Produk dekomposisi elektrolit (seperti lif, li₂co₃) menumpuk pada permukaan elektroda, membentuk lapisan antarmuka impedansi tinggi. Di bawah kondisi suhu tinggi atau kelebihan biaya, viskositas elektrolit meningkat, dan efisiensi transportasi ion lithium berkurang. Misalnya, ketika baterai berada di lingkungan suhu tinggi, viskositas elektrolit meningkat, dan laju migrasi ion lithium melambat, yang menyebabkan peningkatan resistensi internal baterai.
3. Kolektor dan Degradasi Tab Current
Oksidasi atau korosi aluminium\/foil tembaga menyebabkan peningkatan resistensi kontak (umum di lingkungan kelembaban tinggi). Pengelasan virtual dari titik pengelasan tab atau kelelahan material (seperti di bawah kondisi getaran) menyebabkan resistensi lokal berkembang biak. Selama penggunaan baterai, kolektor dan tab saat ini dapat mengalami oksidasi atau korosi karena faktor lingkungan, yang mengarah pada peningkatan resistensi kontak. Pada saat yang sama, pengelasan virtual titik pengelasan tab atau kelelahan material juga dapat meningkatkan resistensi lokal.
(Ii) Efek superposisi cacat proses
1. Lapisan Lembar Elektroda
Fluktuasi kepadatan areal (± 5% atau lebih) menyebabkan distribusi arus yang tidak merata dan peningkatan yang signifikan dalam resistensi polarisasi lokal. Jika lapisan lembaran elektroda tidak rata, itu akan menghasilkan distribusi arus yang tidak rata di dalam baterai, dengan area tertentu memiliki kepadatan arus yang terlalu tinggi, sehingga menyebabkan peningkatan resistensi polarisasi lokal.
2.Kesalahan dalam proses penumpukan\/belitan
Misalignment lembaran elektroda menyebabkan kontak tepi duri, meningkatkan risiko sirkuit pendek mikro dan impedansi tambahan. Selama pembuatan baterai, jika ada kesalahan dalam proses susun atau belitan, itu dapat menyebabkan misalignment lembaran elektroda, yang mengarah ke kontak tepi duri, meningkatkan risiko sirkuit pendek mikro dan impedansi tambahan.
3.Injeksi dan pembasahan elektrolit yang tidak mencukupi
Elektrolit tidak sepenuhnya menembus pori -pori pemisah (derajat pembasah <90%), memblokir saluran ion. Jika elektrolit tidak sepenuhnya menembus pori -pori pemisah, ia akan memblokir saluran ion, memperlambat laju migrasi ion lithium, dan meningkatkan resistensi internal baterai.
(Iii) Dampak lingkungan penggunaan dan kondisi operasi
1.Lingkungan suhu rendah
Konduktivitas ionik elektrolit berkurang lebih dari 50%, dan baik resistensi ohmik dan resistensi polarisasi meningkat. Dalam lingkungan suhu rendah, konduktivitas ionik elektrolit menurun secara signifikan, yang menyebabkan peningkatan resistensi ohmik baterai dan resistensi polarisasi.
2.Pengisian dan pemakaian bertingkat tinggi
Polarisasi konsentrasi meningkat, platform tegangan runtuh, dan resistensi internal yang efektif meningkat sebesar 20% - 40%. Ketika baterai mengalami pengisian dan pelepasan tingkat tinggi, konsentrasi ion di dekat permukaan elektroda berubah dengan cepat, yang mengarah ke polarisasi konsentrasi yang intensif dan peningkatan resistansi internal baterai yang efektif.
3.Penuaan bersepeda jangka panjang
Efek kumulatif seperti kehilangan lithium aktif dan penurunan porositas elektroda menyebabkan tingkat pertumbuhan resistensi internal tahunan melebihi 5%. Selama penggunaan siklus jangka panjang dari baterai, lithium aktif secara bertahap habis, dan porositas elektroda juga berkurang. Efek kumulatif ini menyebabkan tingkat pertumbuhan resistensi internal tahunan melebihi 5%.
(Iv) Overheating lokal dan kerusakan struktural yang disebabkan oleh sirkuit pendek
1. Overheating Lokal
Arus besar yang dihasilkan selama sirkuit pendek menyebabkan peningkatan suhu lokal yang tajam di dalam baterai. Suhu tinggi mempercepat degradasi bahan internal baterai, seperti dekomposisi elektrolit dan perubahan struktur bahan elektroda, lebih lanjut meningkatkan resistensi internal. Misalnya, ketika baterai mengalami sirkuit pendek, lokasi sirkuit pendek menghasilkan sejumlah besar panas, menyebabkan suhu lokal naik dan dekomposisi elektrolit, membentuk lapisan antarmuka impedansi tinggi dan meningkatkan ketahanan internal baterai.
2. Kerusakan struktural
Arus besar dan panas yang dihasilkan selama sirkuit pendek dapat menyebabkan kerusakan struktural di dalam baterai, seperti peleburan pemisah dan deformasi bahan elektroda. Kerusakan struktural ini secara langsung mempengaruhi saluran transportasi ion dan elektron baterai, yang mengarah pada peningkatan yang signifikan dalam resistensi internal. Misalnya, suhu tinggi yang dihasilkan selama sirkuit pendek dapat melelehkan pemisah, menyebabkan kontak langsung antara elektroda positif dan negatif, membentuk arus sirkuit pendek yang lebih besar, dan juga merusak struktur bahan elektroda, meningkatkan ketahanan internal baterai.
Iv. Kesimpulan
Penyebab peningkatan resistensi internal dalam baterai lithium selama sirkuit pendek beragam, termasuk penyebab akar tingkat material, efek superposisi cacat proses, dampak lingkungan penggunaan dan kondisi operasi, dan overheating lokal dan kerusakan struktural yang disebabkan oleh sirkuit pendek. Faktor -faktor ini berinteraksi satu sama lain, secara kolektif mengarah pada peningkatan resistensi internal pada baterai lithium selama sirkuit pendek. Memahami penyebab ini sangat penting untuk desain, pembuatan, penggunaan, dan pemeliharaan baterai lithium. Pada tahap desain baterai, bahan yang sesuai harus dipilih dan parameter proses dioptimalkan untuk mengurangi resistensi internal baterai. Selama penggunaan baterai, baterai harus dijauhkan dari lingkungan penggunaan yang keras, seperti suhu tinggi, suhu rendah, dan kelembaban tinggi, dan laju pengisian dan pembuangan baterai harus dikontrol secara wajar untuk memperpanjang masa pakai layanan baterai dan memastikan keamanan baterai. Pada saat yang sama, untuk baterai yang telah mengalami sirkuit pendek, perawatan tepat waktu harus dilakukan untuk menghindari memicu masalah keamanan yang lebih serius. Penelitian di masa depan selanjutnya harus mempelajari mekanisme peningkatan resistensi internal dalam baterai lithium selama sirkuit pendek dan mengembangkan teknologi manajemen dan perlindungan baterai yang lebih efektif untuk meningkatkan kinerja dan keamanan baterai lithium.