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底涂集流体的均匀性评估-极片电阻法

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览:176 发表时间:2020-11-16 10:18:29

铜箔和铝箔作为锂离子电池极片的集流体,具有导通电子和承载活性物质的作用,集流体的化学及电化学稳定性也会影响电芯的循环、倍率、安全等性能,理想的集流体应具备以下几个条件:高电导率、高稳定性、结合性强、成本低、柔韧轻薄等1。对集流体进行一定程度的表面处理,如粗化处理、清洁处理、底涂导电炭等方式,可提升集流体的性能,进而提高电芯的使用性能,如图1为锂电行业常用的几种表面处理后的集流体。涂炭铝箔作为目前较为常用的一种正极改性集流体2,已在电芯循环性能上展现出较好的稳定性,由于铝箔表面涂覆的导电炭较少,通常为几个微米,如图2所示,因此,底涂层的涂覆均匀性和稳定性也应重点关注和监控。本文采用极片电阻测试方法,比对经过底涂后的铝箔电阻以及其对应辊压后的极片电阻的差异,进而分析涂炭铝箔的均匀性及其对极片电阻的影响。

 


1. 锂电行业常用的几种表面处理后的集流体(图片来自网络)


 


2.底涂极片截面示意图


 

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3(a)和1(b)所示。

 

3. (a)BER1300外观图;(b)BER1300结构图


1.2 四组待测样品:空铝箔、涂炭铝箔、空箔极片(空白铝箔+活性材料涂层)、涂炭极片(涂炭铝箔+活性材料涂层);

1.3 测试方法:待测极片样品剪切成5cm×10cm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,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。

 

四组样品的厚度和电阻率测试结果如图4所示。从厚度数据可看出,底涂的导电炭层厚度约2.3µm四组样品的厚度StDev值比较:空铝箔≈涂炭铝箔<空箔极片≈涂炭极片,说明底涂导电炭层后对集流体和极片的厚度分布均匀性影响较小,因此难以单纯从厚度数据对底涂均匀性进行评估。 

四组样品的电阻率比较空铝箔<涂炭铝箔<空箔极片<涂炭极片说明在集流体上增加底涂后会减小极片的导电性,但由于该涂层能提升活性物质与集流体的粘结性来提高电芯循环稳定性,因此可依据电芯性能的需求来选择合适的底涂工艺。四组样品的电阻率StDev值比较:空铝箔<涂炭铝箔<空箔极片<涂炭极片,说明底涂铝箔的电阻率均匀性很差,这可能由于在集流体上底涂的厚度很小,容易出现漏涂或者多涂的问题。

 

 

4. (a)四组样品厚度数据;(b)四组样品电阻率数据


 

底涂层的厚度为2~3µm仅通过厚度测量很难评估其均匀性,通过BER1300极片电阻仪测量底涂极片的电阻率分布,能很好的对涂炭铝箔和涂炭极片的均匀性进行评估,有助于底涂工艺的监控和改善。

 

1. 倪江峰,周恒辉等. 锂离子电池集流体研究[J]. 电池,2005,32(2):128-130.

2. 李俊鹏,党海峰等. 铝集流体表面处理对锂离子电池性能的影响[J]. 电镀与涂饰,2005,16(005).


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