前 言
近年来新能源行业对电池的能量密度、功率性能的需求越来越高,更高能量密度电池与更大功率的锂离子电池技术亟待开发。锂离子电池电阻是衡量电池性能的重要指标之一,电池电阻的大小直接影响锂离子电池的容量、功率大小、循环寿命及安全性能[1-2]。影响锂离子电池电阻的因素有电极材料、配方、电解液、匀浆涂布工艺、极片电阻等,其中极片电阻反映了电极材料性能及配方的优劣。
本文主要采用相同的沉积工艺、涂布工艺,连续生产四个批次的气相硅碳负极片,利用元能科技(厦门)有限公司的极片电阻仪(BER2500,IEST)评估成品极片的电子导电性能,使用多通道离子电导率测试系统(EIC1400K,IEST)评估成品极片的离子导电性能。通过对极片电阻的测试,评估极片批次的稳定性。
1. 测试条件&方法
1.1 测试设备
图1.极片电阻仪BER2500外观(a)及内部结构图(b)
极片离子电阻测试:采用元能科技自研的多通道离子电导率测试系统(EIC1400K,IEST)如图2所示,该设备包含4个对称电池组装治具(图2(b)),可实现四通道快速测试电化学阻抗谱。压力范围0~20Kg,频率范围1500~0.1Hz。
图2.多通道离子电导率测试系统:设备外观(a);电池组装治具(b)
图3.对称电池的电化学阻抗谱图
2. 结果分析
2.1 极片电子电阻分析
图4.不同批次极片的电阻(a)和电阻率(b)测试结果
图5.不同批次极片的阻抗谱图: B1(a); B2(b); B3(c)及B4(d)
表1.不同批次硅碳负极的离子电阻和麦克马林数
由以上分析可知,不同批次的硅碳负极片的电子电阻和离子电阻的趋势比较一致,测试极片电阻可在极片端筛选出一致性较差的样品,从而能够快速判定批次异常,对于提高生产效率和产品质量具有重要意义。
3. 总结
在极片的生产过程中可以通过监控极片电子电阻和离子电阻筛查出有异常的批次,为研发和产线批次稳定性监控提供了快速的检测手段。科研工作者也可以通过测试极片的离子电阻和麦克马林数初步判断极片组装成电池后的电化学性能,从而缩短材料的评估周期,提高研发效率。
4.参考文献
[1] 魏学哲,徐玮,沈丹. 锂离子电池电阻辨识及其在寿命估计中的应用[J]. 电源技术,2009, 33(3):217-220.
[2] 徐晓东,刘洪文. 锂离子电池电阻测试方法研究[J]. 中国测试, 2010,36(6):24-26.
[3] Kuang Y, Chaoji C, Kirsch D, et al. Thick Electrode Batteries: Principles, Opportunities, and Challenges [J]. Advanced Energy Materials, 2019, 9 (33) : 1-19.
[4].Waldmann T, Hogg B I, Wohlfahrt-Mehrens M. Li plating as unwanted side reaction in commercial Li-ion cells-A review. Journal of Power Sources, 2018, 384: 107-124.
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