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极片电阻法评估极片批次稳定性

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-04-05 09:10:05

极片作为锂离子电池的一个重要组成部分,极片批次稳定性及均匀度一方面影响电芯在充放电时脱嵌锂的均匀性、界面膨胀厚度的均匀性,另一方面也会影响批量生产电芯的一致性。目前监控极片工序稳定性常用的两种方法是:采用原位在线激光测厚或非原位高度规监控极片厚度的均匀性和采用极片冲片后称重法计算压实密度的均匀性,但这两个参数无法准确代表极片的电性能,更无法与正负极来料、配方、孔隙率等参数相关联,极片电阻作为极片的一个重要电学性能,它受极片厚度、极片配方、极片孔隙率等影响,因此不同批次的极片电阻差异可以全面表征极片的批次稳定性。选择极片电阻法来评估极片批次稳定性有如下重要意义:

1)快速评估锂离子电池工艺稳定性,提前识别不良品:

2)优化活性材料、极片配方、工艺参数;

3)助力研发人员进行锂离子电池失效分析,快速定位失效关键点;

本文采用极片电阻测试方法评估不同批次的正负极极片电阻稳定性,通过制定合格批次的电阻规格范围来监控搅拌、涂布、辊压等工序的稳定性,加快生产和研发进度。

一.实验设备与测试方法

1.1实验设备:极片电阻仪,型号BER1300(IEST元能科技),电极直径14mm,可施加压强5~60MPa。设备如图1(a)和1(b)所示。

 

图1. (a)BER1300外观图;(b)BER1300结构图

1.2 测试方法:待测极片样品剪切成约5cm×10cm的长方形尺寸,放置于样品台上,在MRMS软件上设置测试压强、保压时间等参数后,开始测试,软件将自动读取极片厚度、电阻、电阻率、电导率等数据。

二.数据分析

选取10个批次辊压后的正负极极片进行极片电阻测试,数据结果如图2(a)和3(b)。对比正极极片电阻数据,若之前通过大量测试制定出该样品的电阻规格范围为26~28mΩ,而本次10个批次的测试结果均在该区间范围内,说明数据合格,可认为极片均匀度无异常,工艺控制较为稳定。对比负极极片电阻数据,若之前通过大量测试制定出该样品的电阻规格范围为2~4mΩ,而本次10个批次的测试结果有9个在合格区间范围内,1个批次的结果大于4 mΩ,则可对异常的批次拦截,进一步结合SEM形貌分析、极片面密度等方法排查电阻偏大的原因,可能是由浆料搅拌不均匀、涂布不均匀、或者辊压的辊间距平行度差等因素导致。

 

 

图2. (a)10个批次的辊压后正极极片电阻;(b)10个批次的辊压后负极极片电阻 

三.总结

采用极片电阻测试方法评估可以监控不同批次的正负极极片电阻稳定性,另外还可以通过制定合格批次的电阻规格范围来监控搅拌、涂布、辊压等工序的稳定性,加快生产和研发进度。


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