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電池的倍率性能影響電池充放電的快慢及壽命，如何降低電池內(nèi)阻,，提升電池的倍率性能是電池研究人員在不斷探索的方向,。電池的內(nèi)阻由不同組件構(gòu)成,，如圖1扣式電池的組成結(jié)構(gòu)，內(nèi)阻包含正負(fù)極殼,、正負(fù)極極片,、隔膜,、墊片/彈片以及各部分之間的接觸電阻，若進(jìn)一步從整個扣式電池的制備流程上分析,，不同層級的組件電阻會影響最終電池的內(nèi)阻,，如圖2所示，利用不同的設(shè)備對不同層級的粉末,、漿料,、極片和扣式電池的電阻進(jìn)行測試，分析層級之間電阻的關(guān)聯(lián)性,，進(jìn)而可以有針對性的控制電池設(shè)計和制作工藝,，提升電池的倍率性能。

圖1.扣式電池的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.電池不同層級測試方式

1. 實驗方案&測試條件

1.1實驗方案：本文選用5個不同電阻率的三元粉末,，按照質(zhì)量比例96.5：1.5：2（活性物質(zhì)：導(dǎo)電炭: PVDF）進(jìn)行漿料制作,，固含量為53.3%，然后按照常規(guī)的涂布,、輥壓,、沖片、扣電組裝和測試的流程進(jìn)行,。

1.2 測試條件：

1.2.1 粉末電阻率：5~200MPa,，間隔50MPa，保壓10s,；

1.2.2 漿料電阻率：連續(xù)測試5min,，間隔20s采點；

1.2.3 極片電阻率：5MPa,，,，保壓15s；

1.2.4 扣電DCR：25℃,，20%DOD,，1.5C放電30s；

2. 電池不同層級電阻率分析

2.1 粉末電阻率

本文選取5種不同電阻率的三元材料做扣式電池的正極,，對5款粉末進(jìn)行壓實密度測試,，從圖3(a)可看到，隨著測試施加壓強的增大,，5個樣品的壓實密度均在2~3g/cm3之間,，同比選擇壓實密度為3g/cm3，對應(yīng)壓強為200MPa時的電阻率,，如圖3(b)所示,，電阻率大小為1#<2#<3#<4#<5#。

圖3 （a）5種粉末的壓實密度曲線；（b）5種粉末的電阻率對比

2.2 漿料電阻率

5種樣品按照相同的配方攪拌后,，用漿料電阻儀進(jìn)行電阻率測試,，大約3min后電阻率數(shù)值相對穩(wěn)定，取此時的電阻率進(jìn)行同比,，從圖4上可發(fā)現(xiàn),，5種漿料的電阻率大小為：1#<5#<3#<2#<4#，類似M型的變化,，相比粉末狀態(tài)時的一直增大趨勢,，此時3#和5#漿料反而偏低了，這很可能與漿料種增加了1.5%的導(dǎo)電炭有關(guān),，因為導(dǎo)電炭的導(dǎo)電性要遠(yuǎn)大于三元材料,，且它在漿料中的分散程度和狀態(tài)都會影響漿料電阻率的測量。

圖4. 五種漿料的電阻率對比

2.3 極片電阻率

分別對輥壓前后的極片進(jìn)行相同條件的電阻率測試,，如圖5所示,，經(jīng)過輥壓的極片，壓實密度提升至3g/cm3,，與粉末壓實后的狀態(tài)一致,，且電阻率相比輥壓前降低了很多，主要是由于活性顆粒之間,、活性顆粒與導(dǎo)電炭、涂覆層與集流體之間的接觸變好有關(guān),。同比電阻率趨勢,，與漿料的電阻率M型變化類似，這說明當(dāng)配方一致時,，漿料與極片的電阻率趨勢更接近,，只是二者的顆粒接觸狀態(tài)不同，且漿料里包含大量的溶劑影響電子傳輸,，因此漿料電阻率（kΩ*cm）絕對值要顯著大于極片電阻率（Ω*cm）,。

圖5（a）五種極片的壓實密度; 圖5（b）五種極片的電阻率對比

2.4 扣電的直流內(nèi)阻（DCR）

組裝完的扣電靜置12h，進(jìn)行兩圈充放電激活后,，按照如圖6（a）所示的DCR流程進(jìn)行測試,，計算DCR時選用放電前后的電壓差除以放電電流。從圖6（b）上看,，前三個樣品的DCR顯著小于4#和5#,，且與漿料和粉末電阻趨勢不同，而4#和5#的內(nèi)阻趨勢與漿料和極片電阻趨勢一致,。采用放電30s的條件測出的扣電內(nèi)阻包含各組件的電子電阻,，還包括電荷轉(zhuǎn)移電阻和鋰離子擴散電阻，因此影響因素更多，與粉末,、漿料,、極片的電阻趨勢很可能也會不一致。

圖6（a）扣電DCR測試流程; 圖6（b）五種扣電的DCR對比

3．總結(jié)

本文對不同層級的粉末,、漿料,、極片和扣式電池的電阻進(jìn)行測試，分析電阻之間的關(guān)聯(lián)性,，我們發(fā)現(xiàn)漿料電阻率和極片電阻率的趨勢是類似的,，但因為漿料是懸浮液狀態(tài)，其電阻率是千歐姆/厘米的數(shù)量級,，而極片因為是片狀膜材,，電阻率是歐姆/厘米，二者的電阻率絕對值相差近1000倍,。從粉末層級到漿料層級,，如果粉末態(tài)的電阻率相差較小的話，則會由于制備漿料時加入了其他輔料和溶劑,，再加上制備工藝的波動性,，電阻率趨勢很可能會與粉末態(tài)不一致。進(jìn)一步延申到扣電的直流內(nèi)阻,，因為包含各扣電組件的電子電阻,，還包括電荷轉(zhuǎn)移電阻和鋰離子擴散電阻等，影響因素眾多,，與粉末,、漿料、極片的電阻趨勢很可能也會不一致,。

因此,，從粉末、漿料,、極片,、扣電這四個不同層級分析電阻相關(guān)性，很可能會得到不一致的趨勢,，但由于每個層級的電阻率參數(shù)能一定程度上代表該層級樣本的電性能穩(wěn)定性和趨勢性,，所以監(jiān)控每一層級的電阻率參數(shù)有助于幫助研發(fā)和生產(chǎn)人員更好的篩選電性能優(yōu)異的材料以及監(jiān)控材料及電芯生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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