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锂电池常用正负极材料电阻率和压实密度实测数据对比

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-05-17 09:00:00

锂离子电池倍率性能与电池电阻息息相关,电池电阻包含离子电阻和电子电阻,其中离子电阻主要指锂离子在电极孔隙中的电解液中传输电阻、锂离子通过SEI膜的电阻、锂离子与电子在活性材料/SEI膜界面的电荷转移电阻以及锂离子在活性材料内部的固相扩散电阻,电子电阻主要指正负极活性材料电阻、集流体电阻、活性材料之间接触电阻、活性材料与集流体接触电阻以及极耳焊接电阻等。在实际电池研发以及生产过程中,离子电阻部分需在电池成品端进行评估,而电子电阻部分可在材料及极片端进行快速评估,因此,对锂电正负极材料电阻率的测试对材料工艺稳定性和成品电芯的电阻预估有重要意义。

锂离子电池的组成结构如图1所示,常用的正负极材料通常有石墨、磷酸铁锂、镍钴锰三元、钴酸锂等,由于不同材料的化学成份和晶体结构不同,因此材料在受压状态下的压实密度和电阻率也不同。本文对四种锂电材料的压实密度和电阻率进行测试,对比分析其压实密度和电阻率的差异。

 

 

1电池结构示意图

 

 

不同体系粉末电阻率测试

1. 测试设备:采用PRCD2100(IEST-元能科技4种正负极材料进行电阻率测试,设备如图2;

 

2. (a)PRCD2100外观图;(b)PRCD2100结构图

 

2. 测试参数:施加压强范围10-200MPa,保压10s;

3. 取样质量:钴酸锂/三元粉料2.0000g,LFP/石墨粉料0.5000g;

4. 测试结果:

 

 

 

 

3. 四种不同体系材料的压实密度和电阻率比较

 

对比以上4种材料压实密度:LCO>NCM>LFP>Graphite,100MPa条件下的粉末电阻率比较: LCO >NCM > LFP > Graphite。其中当三元材料体系中镍钴锰的比例不同时,粉末的电阻率也有较大差异,通常是随着镍含量的增高,三元材料的电阻率减小。为了提高LFP材料导电性,通常会对其进行表面包碳或者纳米化等处理,因此LFP在常用的正极材料中是导电性较好的一种材料,对应的LFP体系电芯的倍率性能也通常较好。

对粉末电阻率的监控可以监控粉末制成工艺的稳定性,同时帮助研发人员提前预估成品电芯的倍率性能,加快研发进度。 

 

参考文献

1. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 离子电池基础科学问题(Ⅷ)负极材料储能科学与技术,2014, 3 (2).

2. 许洁茹,李泓 等,锂电池研究中的电导率测试分析方法. 储能科学与技术,2018,7(5) 926-955.

3. 俞琛捷 . 锂离子电池磷酸铁锂正极材料的制备及改性研究进展. 材料科学与工程学报,2011,29(3): 468-470.


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