锂电池极片电导率测试方法及其影响因素

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1、锂电池极片电导率测试方法及其影响因素锂离子电池充放电过程中，电池极片内部存在锂离子和 电子的传输，其中锂离子通过电极孔隙内填充的电解液传 输，而电子主要通过固体颗粒，特别是导电剂组成的三维网 络传导至活物质颗粒/电解液界面参与电极反应。电子的传 导特性对电池性能影响大，主要影响电池的倍率性能。而电 池极片中，影响电导率的主要因素包括箔基材与涂层的结合 界面情况，导电剂分布状态，颗粒之间的接触状态等。通过 电池极片的电导率能够判断极片中微观结构的均匀性，预测 电池的性能。本文根据自己的经验和文献资料对电池极片的 电导率测试方法进行简单总结，并列举极片电导率的部分影 响因素。1、电池极片电导率测试

2、方法（1）方法一：四探针膜阻抗测试法四探针测试法如图1所示，在半径无穷大的均匀试样上 有四根间距为S的探针排列成一直线。由恒流源向外面两根 探针1、4通入小电流I，测量中间两根探针2、3间的电位 差U，则由U、I、S的值根据公式（1）求得样品的电阻率P。件时,W :式中；射、S2 S3分剔商探针1与2 . 2与3.3与4之屁的胆喙 MS1-S2=S3=S .則BB在样品无圖燥的情况下 孵痩hS；2),可视为二茱平面氐2汕由上式可倩岀繭U I当样話莫庶比轶小时,不隔足试祥尺寸半芫努大的祭件电阻率公式需宴修正因子此日率的忡算公贰:采用此方法测试浆料膜阻抗，通过电阻率定量分析浆料中导 电剂的分布状态

3、，从而判断浆料分散效果的好坏。其测试过 程为：用涂膜器将浆料均匀涂覆在绝缘膜上，然后将其加热 干燥，干燥之后测量涂层的厚度，裁切样品，尺寸满足无穷 大要求（大于四倍探针间距），最后采用四探针测量电极膜 阻抗，根据厚度计算电阻率。四探针膜阻测试方法避免了探针与样品的接触电阻，而 且测试电流方向平行与涂层也避免了基底分流。因此，该方 法能够准确测量电池极片涂层的绝对电阻值。但是该方法只 能表征涂层表面薄层的电阻，对于较厚且存在成分梯度的电 池涂层无法全面表征极片电阻值，另外，它也不能测试真实 极片中涂层与基材之间的接触电阻。（2）方法二：两探针极片整体电阻率直接测量法由于四探针法测量的样品并非实际

4、的电池极片， ArnoKwade等人采用两探针法直接测量极片整体电阻率，如 图2所示，此时所测量的电阻包括探针本身电阻、探针与涂 层的接触电阻、涂层电阻、涂层与集流体接触电阻、集流体 本身电阻，可由公式（5）表述。b.dccrrode = 2 * /?h.p + 2 * Rc,p/c + 2 * Rfe* + 2 * Xcxc/c T Rconljc protw bulk resi starKia ROpcontact resistance Rn .hi al hiierface comae! pfoba/coaling施sis伯 处枯 农 卄 静1irtterfece cunen! cpll

5、ect0r/aLircvirenl coNenor bulk resisnce 也隘coating bulk rsanc Re , indu Fl kCte/CCflUCl r&6islarK関2两探钟法测虽极片屯魁所祖件的也阴值图3两探针法测量扱片电阻装置示意图具体的测量装置示意图如图3所示，将测试探头安装在 材料力学性能测试设备上，非常容易实现极片电阻的测量， 测量过程中，主要的参数包括加载电流和探头施加压力。最终，所测量的电阻率P由公式（6）计算:R平A*人5 215)式中，R为测量的电阻值，A为接触面积，U为探测电压, I为加载电流，为极片厚度，A为加压后极片厚度变化 值。由于该方法包

6、括探针、探针与涂层的电阻，因此无法测 量极片电阻率的绝对值，但是其包含一些优点：测试过程电 子传导路径与实际电池应用时基本相同，一个总的测试值包 含了各个部分的电子传导特性，快速研究工艺对极片电阻率 的影响。测试参数对结果的影响如图4和5所示，对于电阻 较高的LFP极片，加载电流较小时就能得到稳定结果，而对 于低电阻的石墨电极，加载电流相对较高才能得到稳定结 果，由图4可知，对LFP、NMC、石墨电极，加载电流10mA 以上就能得到比较稳定的测量结果。加载压力升高，石墨电 极电阻率降低，达到350kPa以上，测试结果与压力无关。0圭函曲轴甘帝TI/MN債妇皿羽护曲塘赣曾验革昌也甸$阖tdXj

7、lW3t JWHiOS0T5jiSBfl11三也si.ini三= _=5L OQliODLtT匸UUA1AH 54fl p*J )WfLC? f mil Oumtnui $ uj4H*VVujcl luaino MMrs7fi LFP: CB: PVDF = SO: X: Y (20 = X 4-(2)干粉搅拌强度对极片电导率的影响高速分散的强度可用弗鲁德数Fr (Froude-toolnumber)表征，定义为作用在颗粒上的离心力与重力的比值，可由式(1)描述。当转子的半径保持不变，Fr取决于于转子速度 的s,转子的转速越高，弗鲁德数越大，表明高速分散的强 度越大。具中，wt是转子猛慝，it

8、为霜子半径，g为盍力加涯厘匸如圏5所示.千粉混合随看强虞増加”板片电阻先降低后呈现增加趙熱一般的干粉蔚 他辱电和没有完全分散刑在活物质颗粒表面週旧存在团聚，而高强度干擀混合工艺 帑囲聚体充分被碎分散.在活物质衷茴形成沉和崑 极片电阻降低.但息 如里强度太i 电剂聯祥成细小颗粒 虽然壇如了导电剂与洁物质之何的接蝕和邠册果，但是碱坏了 网貉的长距离导电性能105S565 4:wu.aj afr5密-置rLFTM-asing Im- 3 as-pe6d 0.75 di m/rrnn111 T加帥掰eurwft 10 n只 KMVlKt Urns cMeP unfl 5 iOleEtTKle: Gr2

9、 (BEXimj mass, loidinp costing 勺50100 ISO 200 250 300 J60 400 450 50060Froudp-faol number Frr 卜图7高强度干耕視合强度对极片电阴的影响(3)压实密度对极片电导率的影响如图8所示，随着压实密度增加，导电剂之间实现更加 紧密的联结，极片电阻率不断下降。但是，锂离子和电子的 有效传导特性是相互矛盾的。随着压实密度增加，孔隙率降 低，而导电剂体积分数增加，电子有效电导率升高，然而锂 离子有效电导率降低。电极设计中，如何平衡两者也很关键。电池极片电导率的影响因素还有很多，比如导电剂的分 布状态，集流体与涂层的结合状态等，欢迎大家讨论和补充。