鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2025次 | 2021年08月21日
鋰離子電池極片膜電阻探測(cè)技術(shù)及使用分析
鋰離子電池充放電過(guò)程中，電池極片內(nèi)部存在鋰離子和電子的傳輸，其中鋰離子通過(guò)電極孔隙內(nèi)填充的電解液傳輸，而電子緊要通過(guò)固體顆粒，特別是導(dǎo)電劑組成的三維網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)至活物質(zhì)顆粒/電解液界面參與電極反應(yīng)。電子的傳導(dǎo)特性對(duì)電池性能影響大，緊要影響電池的倍率性能。而電池極片中，影響電導(dǎo)率的緊要因素包括箔基材與涂層的結(jié)合界面情況，導(dǎo)電劑分布狀態(tài)，顆粒之間的接觸狀態(tài)等。通過(guò)測(cè)量極片電阻，可判斷極片中微觀結(jié)構(gòu)的平均性、極片配方特性、材料性能，預(yù)測(cè)電池的性能。文章《鋰離子電池極片電導(dǎo)率探測(cè)辦法及其影響因素》對(duì)電池極片的電導(dǎo)率探測(cè)辦法進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)，并列舉極片電導(dǎo)率的部分影響因素。
在鋰離子電池工藝開(kāi)發(fā)、品質(zhì)監(jiān)控等過(guò)程中，極片電阻測(cè)量技術(shù)也發(fā)揮著緊要用途。鋰離子電池原材料是基礎(chǔ)，材料好壞筆直決定電池性能優(yōu)劣，原材料的電導(dǎo)率對(duì)最終電池的內(nèi)阻、阻抗等具有決定性用途，同時(shí)極片及電芯制程工藝參數(shù)對(duì)電池性能也會(huì)有緊要的影響，因此，極片膜電阻成為材料-工藝-性能之間相互關(guān)系的紐帶。
在活性物質(zhì)粉體材料的開(kāi)發(fā)與評(píng)估、電極配方的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化、加工過(guò)程監(jiān)控、失效分解等各個(gè)方面，極片膜電阻探測(cè)都能夠發(fā)揮緊要用途，例如：
1.綜合評(píng)估攪拌到涂布工藝過(guò)程的漿料穩(wěn)定性，識(shí)別導(dǎo)電劑團(tuán)聚異常問(wèn)題；
2.針對(duì)加工過(guò)程中極片穩(wěn)定性（極片電阻穩(wěn)定性）的評(píng)估；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3.針對(duì)硅碳負(fù)極等混合電極的混合平均異常識(shí)別；
4.針對(duì)不同主材及配方的電子導(dǎo)電性評(píng)估；
5.針對(duì)不同導(dǎo)電劑及配方的電子導(dǎo)電性評(píng)估；
6.針對(duì)不同交聯(lián)劑及配方的電子導(dǎo)電性評(píng)估；
7.針對(duì)集流體功能底涂層的電子導(dǎo)電性評(píng)估；
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
8.針對(duì)電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的極片失效分解；
9.針對(duì)正負(fù)極材料界面層的接觸電阻分解。
以下分享一些實(shí)際詳盡的極片膜電阻探測(cè)使用案例。
使用案例1：極片配方開(kāi)發(fā)與優(yōu)化（導(dǎo)電劑異常判定）
極片工藝開(kāi)發(fā)中導(dǎo)電劑的分散情況受原料配方、攪拌條件、涂布、干燥條件等眾多復(fù)雜工藝控制參數(shù)影響，導(dǎo)電劑分散不均將極大惡化電芯動(dòng)力學(xué)性能，很難通過(guò)諸如極片粘結(jié)力、色度、外觀等監(jiān)控手段發(fā)現(xiàn)，往往容易被忽略，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。而極片膜電阻探測(cè)能夠評(píng)估導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)，如圖1所示，理想的導(dǎo)電劑分布應(yīng)當(dāng)是團(tuán)聚體充足平均分散開(kāi)，并包覆在活性物質(zhì)顆粒表面，確保電子能夠傳遞到電極/電解液界面每一處，參與電極反應(yīng)。在極片加工中探測(cè)極片膜電阻數(shù)據(jù)，通過(guò)正常工藝過(guò)程累積一定數(shù)據(jù)量之后，就可以確定膜電阻的管控范圍，從圖1可見(jiàn)，導(dǎo)電劑團(tuán)聚分布時(shí)極片電阻分明升高。當(dāng)某一個(gè)批次出現(xiàn)導(dǎo)電劑分散異常的情況時(shí)，通過(guò)極片膜電阻能夠容易鑒別，剔除不良品。
圖1導(dǎo)電劑團(tuán)聚分布異常導(dǎo)致極片膜電阻增高
使用案例2：涂碳箔材工藝開(kāi)發(fā)評(píng)估
利用功能涂層對(duì)電池導(dǎo)電基材進(jìn)行表面解決是一項(xiàng)沖破性的技術(shù)創(chuàng)新，涂碳鋁箔就是將分散好的納米導(dǎo)電石墨和碳包覆粒，平均、細(xì)膩地涂覆在鋁箔上。它能供應(yīng)最佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅度降低材料和集流之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結(jié)劑的使用量，可以顯著的改善界面的穩(wěn)定性，加強(qiáng)了鋰離子電池長(zhǎng)循環(huán)的穩(wěn)定性，進(jìn)而使電池的整體性能出現(xiàn)顯著的提升。有關(guān)底涂功能涂層的集流體及對(duì)應(yīng)的極片電阻都能有效探測(cè)并將各部分的電阻差別出來(lái)，為技術(shù)開(kāi)發(fā)供應(yīng)有力保障；極片電阻探測(cè)能有效測(cè)量并精準(zhǔn)區(qū)分微量涂布設(shè)計(jì)引起的差異。如圖2所示，集流體底涂功能涂層時(shí)，不同涂布工藝對(duì)應(yīng)的極片膜電阻不同，這些數(shù)據(jù)可以有效評(píng)估涂碳箔材的配方與工藝，評(píng)價(jià)功能涂層的性能。
圖2集流體底涂功能涂層時(shí)，不同涂布工藝對(duì)應(yīng)的極片膜電阻
使用案例3：極片存儲(chǔ)可靠性評(píng)估
有關(guān)鎳基材料，顆粒表面會(huì)發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，釋放O2-，當(dāng)鎳含量高的材料（NMC622、NMC811、NCA等）暴露在空氣中時(shí)，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發(fā)生反應(yīng)在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層，材料中Ni比例高，PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，又不具備電化學(xué)活性，因此會(huì)造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li2CO3層妨礙Li的擴(kuò)散，影響電池性能。LiOH也會(huì)與PVDF和LiPF6反應(yīng)，對(duì)電池工藝和性能出現(xiàn)不利影響。材料與空氣的反應(yīng)會(huì)在原材料保存、電極制備、極片存儲(chǔ)等整個(gè)過(guò)程進(jìn)行，因此，有關(guān)高鎳材料，從原材料到整個(gè)電池加工過(guò)程都要嚴(yán)格的環(huán)境控制。通過(guò)研究極片在不同濕度存儲(chǔ)后的膜電阻值，可以加工確定工序控制時(shí)間做數(shù)據(jù)支撐。圖3是NMC811極片在不同環(huán)境下存儲(chǔ)膜電阻的演化實(shí)例，由此可以看出，811極片的存儲(chǔ)濕度越低，膜片電阻變化越穩(wěn)定性，因此，811體系的加工控制濕度應(yīng)當(dāng)盡可能低。
圖3NMC811極片在不同環(huán)境下存儲(chǔ)膜電阻的演化
使用案例4：原材料來(lái)料批次異常評(píng)估
極片膜電阻導(dǎo)入品質(zhì)管理，作為來(lái)料測(cè)試辦法，可降低加工風(fēng)險(xiǎn)、提高加工效率及產(chǎn)品可靠性。圖4是實(shí)際案例，某加工批次開(kāi)始電芯DCR（70%SOC）增大異常，針對(duì)此異常，抽取不同批次正極來(lái)料（蘊(yùn)含正常與不正常組）進(jìn)行極片電阻測(cè)量，發(fā)現(xiàn)異常來(lái)料組的極片電阻相比于正常組別分明偏高。
圖4電池DCR異常與原始極片的膜片電阻、電池阻抗RS的對(duì)應(yīng)關(guān)系
使用案例5：極片涂層電導(dǎo)率估算
基于膜片電阻數(shù)值，通過(guò)線(xiàn)性擬合可計(jì)算出材料的真切電導(dǎo)率，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)供應(yīng)技術(shù)保障。如圖5所示實(shí)際案例，可以看出：（1）LCO正極膜片電阻與極片的涂布重量(厚度)呈分明的線(xiàn)性關(guān)系；（2）通過(guò)相同探測(cè)壓力下電阻的線(xiàn)性擬合，可以推算出陰極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率為2.73S/m。
圖5鈷酸鋰正極片膜電阻與面密度（厚度）的關(guān)系
使用案例6：不同生命周期的極片電阻與壓力敏感性分解
采用兩探針辦法探測(cè)極片整體電阻時(shí)，探測(cè)加載壓力會(huì)對(duì)結(jié)果出現(xiàn)一定影響，一般地，探測(cè)加載壓力升高，電極膜電阻降低，達(dá)到一定值之后，探測(cè)結(jié)果與壓力無(wú)關(guān)。輥壓后極片、組裝電池后清新極片、以及經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)的極片等在不同生命周期時(shí)，表現(xiàn)出不同阻值及探測(cè)加載壓力敏感差異，通過(guò)膜片的壓力敏感差異，可計(jì)算出不同生命周期極片的膨脹厚度變化差異，為極片及鋰離子電池分解的評(píng)估供應(yīng)了新的測(cè)量表征辦法。
圖6輥壓后（AFcalender’）、組裝電池后（Fresh）、以及經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)（100cls、300cls）的正負(fù)極極片與探測(cè)加載壓力的關(guān)系
