电池不同层级电阻相关性探究

1、 PAGE13 / NUMPAGES13作者：一气贯长空电池不同层级电阻相关性探究 电池的倍率性能影响电池充放电的快慢及寿命，如何降低电池内阻，提升电池的倍率性能是电池研究人员在不断探索的方向。电池的内阻由不同组件构成，如图1扣式电池的组成结构，内阻包含正负极壳、正负极极片、隔膜、垫片/弹片以及各部分之间的接触电阻，若进一步从整个扣式电池的制备流程上分析，不同层级的组件电阻会影响最终电池的内阻，如图2所示，利用不同的设备对不同层级的粉末、浆料、极片和扣式电池的电阻进行测试，分析层级之间电阻的关联性，进而可以有针对性的控制电池设计和制作工艺，提升电池的倍率性能。图1.扣式电池的结构示意图图2.电

2、池不同层级测试方式1. 实验方案&测试条件1.1实验方案：本文选用5个不同电阻率的三元粉末，按照质量比例96.5：1.5：2（活性物质：导电炭: PVDF）进行浆料制作，固含量为53.3%，然后按照常规的涂布、辊压、冲片、扣电组装和测试的流程进行。1.2 测试条件：1.2.1 粉末电阻率：5200MPa，间隔50MPa，保压10s；1.2.2 浆料电阻率：连续测试5min，间隔20s采点；1.2.3 极片电阻率：5MPa，保压15s；1.2.4 扣电DCR：25，20%DOD，1.5C放电30s；2. 电池不同层级电阻率分析2.1 粉末电阻率本文选取5种不同电阻率的三元材料做扣式电池的正极，对

3、5款粉末进行压实密度测试，从图3(a)可看到，随着测试施加压强的增大，5个样品的压实密度均在23g/cm3之间，同比选择压实密度为3g/cm3，对应压强为200MPa时的电阻率，如图3(b)所示，电阻率大小为1#2#3#4#5#。图3 （a）5种粉末的压实密度曲线；（b）5种粉末的电阻率对比2.2 浆料电阻率5种样品按照相同的配方搅拌后，用浆料电阻仪进行电阻率测试，大约3min后电阻率数值相对稳定，取此时的电阻率进行同比，从图4上可发现，5种浆料的电阻率大小为：1#5#3#2#4#，类似M型的变化，相比粉末状态时的一直增大趋势，此时3#和5#浆料反而偏低了，这很可能与浆料种增加了1.5%的导电

4、炭有关，因为导电炭的导电性要远大于三元材料，且它在浆料中的分散程度和状态都会影响浆料电阻率的测量。图4. 五种浆料的电阻率对比2.3 极片电阻率分别对辊压前后的极片进行相同条件的电阻率测试，如图5所示，经过辊压的极片，压实密度提升至3g/cm3，与粉末压实后的状态一致，且电阻率相比辊压前降低了很多，主要是由于活性颗粒之间、活性颗粒与导电炭、涂覆层与集流体之间的接触变好有关。同比电阻率趋势，与浆料的电阻率M型变化类似，这说明当配方一致时，浆料与极片的电阻率趋势更接近，只是二者的颗粒接触状态不同，且浆料里包含大量的溶剂影响电子传输，因此浆料电阻率（k*cm）绝对值要显著大于极片电阻率（*cm）。图

5、5（a）五种极片的压实密度; 图5（b）五种极片的电阻率对比2.4 扣电的直流内阻（DCR）组装完的扣电静置12h，进行两圈充放电激活后，按照如图6（a）所示的DCR流程进行测试，计算DCR时选用放电前后的电压差除以放电电流。从图6（b）上看，前三个样品的DCR显著小于4#和5#，且与浆料和粉末电阻趋势不同，而4#和5#的内阻趋势与浆料和极片电阻趋势一致。采用放电30s的条件测出的扣电内阻包含各组件的电子电阻，还包括电荷转移电阻和锂离子扩散电阻，因此影响因素更多，与粉末、浆料、极片的电阻趋势很可能也会不一致。图6（a）扣电DCR测试流程; 图6（b）五种扣电的DCR对比3总结本文对不同层级的粉

6、末、浆料、极片和扣式电池的电阻进行测试，分析电阻之间的关联性，我们发现浆料电阻率和极片电阻率的趋势是类似的，但因为浆料是悬浮液状态，其电阻率是k*cm的数量级，而极片因为是片状膜材，电阻率是*cm，二者的电阻率绝对值相差近1000倍。从粉末层级到浆料层级，如果粉末态的电阻率相差较小的话，则会由于制备浆料时加入了其他辅料和溶剂，再加上制备工艺的波动性，电阻率趋势很可能会与粉末态不一致。进一步延申到扣电的直流内阻，因为包含各扣电组件的电子电阻，还包括电荷转移电阻和锂离子扩散电阻等，影响因素众多，与粉末、浆料、极片的电阻趋势很可能也会不一致。因此，从粉末、浆料、极片、扣电这四个不同层级分析电阻相关性，很可能会得到不一致的趋势，