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涂炭鋁箔電阻性能評估

元能科技 2024-07-10 | 閱讀：1239

集流體作為鋰離子電池內(nèi)部導通電子和承載活性物質(zhì)的載體,，對電芯的最終性能有著重要作用。鋁箔是最常用的正極集流體,，為了提升電極的倍率,、循環(huán)和使用壽命,，在鋁箔表面涂布一些導電涂層，可有效改善集流體與活性顆粒的界面接觸電阻,，且提高活性物質(zhì)與集流體的粘結(jié)強度,，減小電極循環(huán)過程中的活性顆粒剝落問題。涂炭鋁箔的涂層一般通常包括導電炭黑,、石墨烯,、碳納米管等，涂炭層的配方,、涂層厚度、涂布均勻度等也會影響底涂效果1,。

本文采用極片電阻測試方法,，比對不同配方和不同涂布厚度的涂炭鋁箔的電阻差異，分析其底涂極片的均勻性,。

圖1.涂炭集流體對電芯性能的影響示意圖1

1,、實驗設備和測試方法

1.1 實驗設備：極片電阻儀,，型號BER1300（IEST元能科技），電極直徑14mm,，可施加壓強5~60MPa,。設備如圖2(a)和(b)所示,。

圖2. (a）BER1300外觀圖；（b）BER1300結(jié)構(gòu)圖

1.2 待測樣品：三種配方的底涂材料,，兩種不同厚度的涂炭鋁箔,，空鋁箔,、涂炭鋁箔與涂敷活性材料后的極片,。

1.3 測試方法：將待測極片樣品剪切成約5cm×10cm的長方形尺寸,，放置于樣品臺上，在MRMS軟件上設置測試壓強,、保壓時間等參數(shù),，開始測試，軟件自動讀取極片厚度,、電阻,、電阻率、電導率等數(shù)據(jù),。

2,、數(shù)據(jù)分析

對不同配方的涂炭鋁箔進行測試,，空鋁箔的厚度均為10μm，兩種涂炭層的厚度分別為7μm和4μm,，測試的極片電阻如圖3（a）和（b）所示,，可發(fā)現(xiàn)不同配方的涂炭鋁箔的電阻相差很大，可從幾十mΩ~幾十Ω,，且從單張極片的不同位置的電阻均勻上看,，不同工藝的涂炭鋁箔的均勻性也有很大差異，如4μm-R(Ω)-1和7μm-R(Ω)-1這兩個涂炭鋁箔的電阻箱線圖較寬,，說明不同位置的電阻均勻性較差，這與涂層太薄,，有可能出現(xiàn)漏涂或者炭材料分布不均有關1,。

分析圖3（c）中的數(shù)據(jù)可看出，空鋁箔的導電性最好,，當增加了涂炭層和活性材料后,，采用兩探針原理測試出的極片電阻率均逐漸增大，這說明涂層的加入,，會引入顆粒之間的接觸電阻,，使得電子的導電性減弱。雖然一般認為在鋁箔表面增加涂炭層后會提升電極的導電性,，這主要是由于涂炭層增加了鋁箔的表面粗糙度,，使活性材料顆粒與集流體的接觸更好，但若涂層的厚度較厚或者涂布均勻性太差,，也會影響活性材料涂層電極的導電均勻性,。

圖3. (a）涂炭層厚度為4μm的箔材電阻

（b）涂炭層厚度為4μm的箔材電阻

（c）三種不同狀態(tài)的電極電阻率

圖4.涂炭黑鋁箔的表面形貌示意圖1

總之,，活性材料和金屬集流體之間增加有效的中間層,，其作用除了改善界面接觸電阻,，還具有以下幾點潛在的協(xié)同效益：

(1) 化學和電化學穩(wěn)定的導電層可以作為一種有效的擴散屏障，阻止由于電解質(zhì)分解和/或鋰離子嵌入反應過程中副反應產(chǎn)生的氧的擴散,，有效地防止金屬集流體表面上形成氧化層,，從而防止降解;

(2) 合理配方的導電層具有較好的導電性,，可以形成大面積的接觸，集流體和活性涂層界面電阻低,，從而有利于快速的電荷轉(zhuǎn)移過程,；

(3) 導電層的柔韌性和機械緩沖性可以增強物理界面的附著力，從而最大限度地減少長期循環(huán)反應過程中界面處產(chǎn)生的應力引起的接觸面積逐漸喪失而產(chǎn)生的相關問題,。通過設計和開發(fā)獨特的導電涂層,，實驗證明了導電界面層可以顯著提高電化學性能,，例如比可逆容量、容量保持率,、倍率性能等,。

3、總結(jié)

涂炭鋁箔是目前逐漸被各類電池廠家選擇使用的一種正極集流體,，對涂炭鋁箔不同配方、工藝的評估也對集流體的開發(fā)有著重要作用,。通過測試涂炭鋁箔的電阻參數(shù),，可以幫助評估配方和工藝的差異，同時能夠幫助鋰電研發(fā)人員監(jiān)控底涂工藝的穩(wěn)定性,。

4,、參考文獻

1.Busson, C, Blin, M.A., Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D., & Lestriez, B. (2018). A primed current collector for high performance carbon-coated LiFePO4 electrodes with no carbon additive. Journal of Power Sources, 406, 7-17.

2.陳鵬, 任寧, 姬學敏, 等. 涂炭鋁箔在石墨/磷酸鐵鋰電池中的應用研究[J]. 新能源進展, 2017, 5(2): 157-162.

3.李敏,等.涂碳鋁箔對磷酸鐵鋰電池性能的影響[J]. 儲能科學與技術,2020,9(6),1714-1719.

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