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圖1.多通道離子電導(dǎo)率測(cè)試系統(tǒng)示意圖

對(duì)不同厚度的負(fù)極片組裝對(duì)稱電池進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測(cè)試，結(jié)果如圖3(a)、3(b)、3(c)所示。對(duì)阻抗圖譜進(jìn)行擬合得到各極片的離子電阻，再將離子電阻值代入公式 (2) ，得到極片麥克馬林?jǐn)?shù)，如圖3(d)所示。100 μm、200μm、400μm對(duì)應(yīng)的麥克馬林?jǐn)?shù)分別為4.61、6.15 、6.61，從數(shù)據(jù)的趨勢(shì)可以看出，麥克馬林?jǐn)?shù)隨著極片厚度的增加而增加。

由于多孔電極內(nèi)孔隙之間復(fù)雜的連通，如盲孔、半通孔，細(xì)小的喉道尺寸等，當(dāng)極片厚度增加時(shí)，離子傳輸路徑往往會(huì)更加迂回曲折，實(shí)際傳輸距離成倍增加，從而導(dǎo)致孔隙曲折度更高。一般地，對(duì)于多孔電極，采用電化學(xué)測(cè)試孔隙曲折度地方法包括：（1）Polarization-Interrupt Method極化中斷法（eRDM），固定的直流電通過(guò)電池極化幾分鐘后“中斷”電流，在極化過(guò)程中，一個(gè)電極處產(chǎn)生Li ⁺離子并在另一個(gè)電極處沉積消耗Li ⁺離子，在電池中產(chǎn)生濃度梯度。電流中斷后，然后使該濃度梯度松弛或平衡。當(dāng)電池松弛時(shí)，電位逐漸接近零。繪制電池電位與時(shí)間的半對(duì)數(shù)圖，并使用弛豫曲線的斜率來(lái)計(jì)算MacMullin數(shù)和曲折度值（圖4a）；（2）電化學(xué)阻抗法（eSCM），測(cè)量非嵌入對(duì)稱電池中的電極阻抗，在Nyquist圖上擬合所得阻抗曲線，從而確定電極的有效離子電阻（R_ion ），計(jì)算電極的MacMullin數(shù)和彎曲度（圖4b），即本文所用方法。采用這兩種方法，假設(shè)電極孔隙率如圖5所示的四種情況，采用第一種eRDM方法模擬測(cè)試時(shí)，MacMullin數(shù)完全相同，而實(shí)際上由于孔隙結(jié)構(gòu)地復(fù)雜性，采用第二種eSCM方法模擬測(cè)試時(shí)，結(jié)果可見(jiàn)即使孔隙率相同時(shí)由于孔結(jié)構(gòu)不同，孔隙曲折度和MacMullin數(shù)也完全不同。我們所開(kāi)發(fā)的測(cè)試設(shè)備更符合實(shí)際情況，能夠反應(yīng)電極的性能。

本文對(duì)不同厚度的石墨負(fù)極片進(jìn)行了對(duì)稱電池和半電池組裝，測(cè)試極片的曲折度和電池的倍率性能，發(fā)現(xiàn)極片曲折度隨著厚度的增大而增大，電池的倍率性能則是隨著厚度的增加而降低，說(shuō)明極片曲折度和電池的倍率性能有一定的關(guān)聯(lián)性。因此，我們可以通過(guò)測(cè)試極片的曲折度去初步判斷電池的倍率性能。極片曲折度的測(cè)試除了可以判斷不同厚度極片的倍率性能之外，也可以用于研究電極配方、孔隙率、主材形貌、電解液種類、隔膜種類等對(duì)鋰離子電池性能的影響。