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锂电池浆料导电性如何测量?搅拌工艺过程中应该监控吗?

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-05-27 10:00:00

浆料是锂离子电池生产的重要中间产物,浆料的均匀性和稳定性极大的影响了最终电芯的一致性及电化学性能。目前监控浆料的方法仅有黏度参数,无法准确的评估其电性能的均匀性和稳定性,而浆料电阻率参数与浆料的配方、导电剂种类及含量、粘结剂种类及含量等都有显著相关性,且浆料在搅拌完成后静置一段时间可能会出现凝胶沉降现象,如图1所示,此时的电阻率数值也会表现出不同程度的变化,因此浆料电阻率可以作为表征浆料电性能均匀性和稳定性的方法。

对浆料的电阻率进行监控,一方面可以评估不同的活性材料、导电剂、粘结剂、固含量等对电化学性能的影响,用于材料评估和筛选,另一方面还可用于工序稳定性的监控,可以在搅拌工序段快速的识别异常,避免不良品流入后序工序而造成时间和成本的浪费。

 

1.LCO和导电炭颗粒三种混合方式的示意图 2

 

1. 实验设备与测试方法

1.1实验设备:型号BSR2300(IEST元能科技),包含电极通道3组。

1.2 测试方法:待测浆料置于测试瓶中,瓶口直径要求大于35mm。将浆料电极笔插入浆料中,稍微搅拌使电极表面完全浸润浆料,开启相应采集软件,实时采集每组电极通道对应的电阻率变化数据。

 

2. 浆料电阻率测试案例

2.1 不同黏度导电炭浆料电阻率对比

黏度影响导电炭颗粒在浆料中的分散状态,当浆料黏度大时,颗粒之间的接触及颗粒在浆料的分散状态较稳定。对两种不同黏度的浆料进行电阻率测试,大黏度的浆料电阻率小于小黏度的浆料电阻率,若在批量生产浆料时,固定浆料配方后,可对不同批次相同黏度的浆料进行电阻率测试,监控浆料的工艺稳定性。

 

2. 不同黏度浆料电阻率比较

2.2不同稀释倍数的导电炭浆料电阻率对比

对导电炭原浆稀释不同倍数,可改变单位体积内的导电炭颗粒浓度,影响导电炭颗粒在浆料中的分散状态。随着稀释倍数的增大,导电炭浓度逐渐降低,浆料电阻率逐渐增加,若在批量生产浆料时,固定浆料配方后,可对不同批次相同浓度的浆料进行电阻率测试,监控浆料的工艺稳定性。

 

 

3. 不同稀释倍数浆料电阻率比较

2.3浆料沉降性能分析

当搅拌完成的浆料经过一段时间的静置,浆料内的悬浮颗粒会出现一定程度的沉降,通过测试浆料垂直方向不同位置的电阻率变化,可以判断浆料沉降性能。如图4所示,对NCM811浆料进行连续三天的测试,在第三天上午测试时,下通道电极测得的电阻率明显下降,说明此时有上层的颗粒逐步沉降到了下层,因此根据不同时间电阻率的测试结果可以评估浆料的最长静置寿命,便于生产人员合理安排搅拌后浆料的存放时间,监控浆料的品质稳定性。

 

 

4.浆料电阻率随时间变化曲线

3.总结

    本文采用浆料电阻仪对不同黏度、不同稀释倍数及不同静置时间的浆料电阻率进行监控,可以区分不同配方、不同工艺、不同品质状态下浆料导电性能的差异,研发人员可以通过进一步制定浆料电阻率的规格范围来监控浆料工艺稳定性和最长静置时间。

参考文献

1. B.G. Westphal et al. Journal of Energy Storage 11 (2017) 76–85.

2. Kentaro Kuratani et al. Journal of The Electrochemical Society, 166  (2019) (4) A501-A506.

 

 


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