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应用案例|极片面积对极片电阻的影响探究

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-12-18 08:00:00

本期介绍

      电池电阻影响电池的各项基本性能,包括电池功率性能以及电池的可靠性和安全性,而极片电阻作为电池电阻的一部分,目前也已在研发和生产环节中用于评估材料、配方和工艺稳定性。极片电阻是由涂层电阻、集流体电阻、颗粒接触电阻等构成,对极片电阻的测试可实现如下目的:

1. 综合评估搅拌到涂布工艺过程的浆料稳定性,识别导电剂团聚等问题;

2. 针对硅碳负极等混合电极的混合均匀异常识别;

3. 针对不同材料配方的电子导电性评估;

4. 用于电池失效分析,快速定位正负极电阻变化差异;

      在测试极片电阻时,施加电流场的分布是否会受极片面积的影响,这是测量人员对电阻数据稳定性的担忧。本文通过测试不同面积的正负极极片电阻,希望通过实验数据能量化极片面积的影响程度,进而给研发和生产工艺人员提供可靠的参考价值。



实验设备与测试方法

1. 实验设备

极片电阻仪,型号BER2500(IEST元能科技),电极直径14mm,可施加压强5~60MPa;设备外观如图1所示。


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 图1. (a) BER2500外观图   (b) BER2500结构图


2. 测试方法

正负极片剪切成6种面积尺寸,如图2所示,将极片放置于样品台上,在MRMS软件上设置测试压强、保压时间等参数,开始测试,软件自动读取极片厚度、电阻、电阻率、电导率等数据。


图片 图2. 不同面积尺寸极片

实验数据分析

1. 正负极不同面积极片电阻测试

将正负极片裁成6种尺寸极片电阻测试,每种样品测试5组平行样,如图3、4所示;从箱线图可以看出不同尺寸的负极极片电阻率最小约为2.2Ω*cm,最大约为2.8Ω*cm,两者差值约为27%,从均值看五组数据标准差从0.04到0.19,方差分析中P值为0,这说明五组数据有显著性差异;正极极片电阻率最小约为29Ω*cm,最大约为32Ω*cm,两者差值约为10.3%,从均值看五组数据标准差从0.26到1.25,方差分析中P值为0,同样说明五组数据有显著性差异,但这是否是因为面积大小还是极片不同位置的差异性而引起得极片电阻差异,我们还不能下绝对的结论,因此又在同一张极片的不同位置随机取20个点测试,与这6种尺寸的极片电阻率总和对比。


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 图3. 负极不同面积电阻率&方差分析


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图4. 正极不同面积电阻率&方差分析


2. 极片上随机取点测试与6种尺寸极片电阻率总和对比

从图5可以看出负极极片随机取点测试电阻率均值约为2.55Ω*cm,极片电阻总和电阻率均值约为2.46Ω*cm,两者差值约为3.6%,两者标准差为0.19和0.22,方差分析P值为0.135,说明两者无显著性差异。从图6可以看出正极极片随机取点测试电阻率均值约为29.8Ω*cm,极片电阻率总和均值约为30.2Ω*cm,两者差值约为1.32%,两者标准差为1.21和1.36,方差分析P值为0.357,同样说明两者差异性不大。因此,结合2.1的数据,基本可判定极片面积对电阻的影响程度不大,而选取的极片不同位置对电阻的影响程度较大。


图片 图5. 负极随机取点电阻率&不同尺寸电阻率总和

图片图6. 正极随机取点电阻率&不同尺寸电阻率总和

实验总结


本文采用不同极片面积评估正负极极片电阻差异,并与在同一张极片不同位置随机取点的测试结果对比,发现不同面积的电阻值差异性大并不是极片面积的改变引起的,而是与测试时的取点位置有关,因此提醒测试人员在极片电阻测试时,要注意选点位置对测试结果的影响。


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