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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。電池的內阻由不同組件構成，如圖1扣式電池的組成結構，內阻包含正負極殼、正負極極片、隔膜、墊片/彈片以及各部分之間的接觸電阻，若進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阻，如圖2所示，利用不同的設備對不同層級的粉末、漿料、極片和扣式電池的電阻進行測試，分析層級之間電阻的關聯性，進而可以有針對性的控制電池設計和制作工藝，提升電池的倍率性能。

圖1.扣式電池的結構示意圖

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，按照質量比例96.5：1.5：2（活性物質：導電炭: PVDF）進行漿料制作，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，用漿料電阻儀進行電阻率測試，大約3min后電阻率數值相對穩(wěn)定，取此時的電阻率進行同比，從圖4上可發(fā)現，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%的導電炭有關，因為導電炭的導電性要遠大于三元材料，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行相同條件的電阻率測試，如圖5所示，經過輥壓的極片，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、活性顆粒與導電炭、涂覆層與集流體之間的接觸變好有關。同比電阻率趨勢，與漿料的電阻率M型變化類似，這說明當配方一致時，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 扣電的直流內阻（DCR）

組裝完的扣電靜置12h，進行兩圈充放電激活后，按照如圖6（a）所示的DCR流程進行測試，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阻包含各組件的電子電阻，還包括電荷轉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

本文對不同層級的粉末、漿料、極片和扣式電池的電阻進行測試，分析電阻之間的關聯性，我們發(fā)現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。進一步延申到扣電的直流內阻，因為包含各扣電組件的電子電阻，還包括電荷轉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有助于幫助研發(fā)和生產人員更好的篩選電性能優(yōu)異的材料以及監(jiān)控材料及電芯生產工藝的穩(wěn)定性。

參考文獻：

1. 許潔茹，李泓 等，鋰電池研究中的電導率測試分析方法. 儲能科學與技術，2018,7(5) 926-955.

2. Hiroki Kondo et al. Influence of the Active Material on the Electronic Conductivity of the Positive Electrode in Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 2019,166 (8) A1285-A1290；

3. 聶磊，秦杏，張娜，等. 鋰離子電池電阻預評估方法研究，電源技術，2019, 43(4): 562-563