Nedbrytningsmetod för kontaktmotstånd hos litiumelektroder

Polstycket är en viktig utgång från batteriets front-end-process. Det elektroniska motståndet (ledningsförmågan) hos polstycket påverkar kraften, tillförlitligheten och säkerheten för det fulla batteriet. Samtidigt är det nära relaterat till omrörnings-, beläggnings- och valsningsprocesserna. Därför kan mätningen Ändringen av polstycksresistans bättre utvärdera prestandan hos det elektroniskt ledande nätverket under polstycksproduktionsprocessen, utvärdera likformigheten hos elektrodmikrostrukturen och övervaka stabiliteten hos polstyckstillverkningsprocessen och hjälpa till att förbättra formeln av polstycket och blandnings-, beläggnings- och kontrollparametrar för valsningsprocessen. För närvarande, polstyckets elektroniska resistans kännetecknas huvudsakligen av tvåsondsmetoden för att karakterisera polstyckets totala inträngningsresistans. Den uppmätta totala resistansen inkluderar beläggningsresistans, beläggnings- och strömkollektorgränssnittsresistans, och strömavtagarens självresistans^¹⁻⁴, Till exempel visas det schematiska diagrammet för att karakterisera den elektroniska resistansen hos ett enkelsidigt polstycke i figur 1, där R_AMrepresenterar den elektroniska konduktiviteten mellan de fasta partiklarna inuti elektrodbeläggningen, och R2 representerar kontaktresistansen mellan beläggningen och strömavtagaren, som kan användas för att utvärdera vidhäftningen. Vidhäftningsprestandan mellan föreningsmedlet och beläggningen och strömavtagaren, och R1 och R4 är de parasitresistanser som introduceras med två-sondsmetoden, och dessa två delar förväntas dras av.

I processen med elektronisk testning av polstycken, för att kontrollera kvaliteten på elektrodbeläggningen finare, hoppas vi ofta att det testade motståndsvärdet kan sönderdelas ytterligare, och R_AM, R2, R1 och R4 beräknas separat, och då kan polstycket kontrolleras mer exakt Kvalitet, såsom att optimera formeln för att förbättra konduktiviteten hos elektrodbeläggningen, minska gränssnittsresistansen mellan beläggningen och strömavtagaren, etc. Syftet med detta papper är att tillhandahålla en nedbrytningsmetod för att testa det totala motståndet hos polstycket. Vid sönderdelning av kontaktresistansen antas först att elektrodskiktet av det aktiva materialet är en renfasledarstruktur, och elektronledningen uppfyller Ohms lag; för det andra förenas parasitresistansen som introduceras i testprocessen och gränssnittsresistansen mellan beläggningen och strömavtagaren i kontaktresistansen, sedan innehåller allt. resistansen hos själva elektrodbeläggningen och kontaktresistansen. På basis av ovanstående antaganden sönderdelar vi kontaktresistansen genom att testa elektrodresistansen av olika tjocklekar, för att utföra en preliminär analys av kontaktresistansen i olika tillstånd.

Figur 1. Schematiskt diagram över tvåsondsmetoden för att mäta resistansen hos polstycket

1.Experimentell utrustning och testmetoder

1.1 Experimentell utrustning

Testutrustningsmodellen är BER2500 (IEST), elektroddiametern är 14 mm och tryckområdet som kan appliceras är 5~60MPa.

Utrustningen visas i figur 2 (a) och (b)

Figur 2. (a) Utseende på BER2500; (b) Struktur för BER2500

1.2 Provberedning och test

Tre tillstånd av ternära polstycken framställdes: upprullade, lågtrycksvalsade och högtrycksvalsade. BER2500 polplåtsmotståndsmätare används för motståndstestet under tillstånd av fast tryck (25MPa). Justeringen av poldelarnas olika tjocklekar görs genom att styra spalten på beläggningsbladet, och spaltstorlekarna är 125 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm och 300 μm. Sedan utsattes dessa polstycken för icke-valsning, lågtrycksvalsning respektive högtrycksvalsning, och tre sorters polstycken erhölls under varje beläggningsspalt.

Figur 3. Tre polstyckstillstånd

2. Dataanalys

Resistansen som erhålls med batteripolstyckstestet inkluderar resistansen hos själva beläggningen och kontaktresistansen. Eftersom elektrodformeln och tillverkningsprocessen är samma, under samma komprimeringsförhållanden, förutsatt att beläggningens resistivitet ρ är densamma, och arean S för elektrodtestprovet också är densamma (en cirkel med en diameter på 14 mm ), då är tjockleken L på elektrodbeläggningen. Relationen med motståndets RAM är: R_AM = ρL/S. Det kan ses från formeln att ju större elektrodtjockleken är, desto större är elektrodbeläggningsmotståndet. Resistiviteten hos elektrodbeläggningen är relaterad till elektrodsammansättningen (samma för alla prover i detta dokument) och packningsdensiteten (olika packningsdensitet under olika tryck). Kontaktresistansen Relse inkluderar kontaktresistansen för sonden på beläggningssidan och kontaktresistansen för gränsytan mellan beläggningen och strömavtagaren. Resistansen R3 för själva strömavtagaren och resistansen R4 för sonden på strömavtagarens sida är mycket små. Den är 0,5 mΩ när den testas direkt med en tom aluminiumfolie försumbar jämfört med beläggningar. Bland dem, kontaktresistansen för den plana sonden på beläggningssidan är relaterad till tillståndet för beläggningens ytjämnhet i allmänhet. Ju jämnare beläggningsytan är, desto lägre är sondens kontaktmotstånd. Strömavtagarens och beläggningens kontaktresistans är relaterad till komprimeringen av elektroden. Ju större packning, desto större kontaktyta mellan beläggningen och strömavtagaren, desto närmare kontakten och desto mindre motstånd. Det totala motståndet för de testade elektroderna är: ju närmare kontakt, desto mindre motstånd. Det totala motståndet för de testade elektroderna är: ju närmare kontakt, desto mindre motstånd. Det totala motståndet för de testade elektroderna är:

R_AM  =ρL/S + Relse

Resistanstestet utfördes på polstycken med olika tjocklek under tre komprimeringstillstånd, och sambandskurvan mellan elektrodtestets totala resistans och elektrodens tjocklek visas i figur 4. Från passningsresultaten av de 5 punkterna, det totala motståndet och tjockleken uppfyller i princip ett linjärt förhållande, och ju högre valstryck desto högre linjäritet. Lutningen och skärningsresultaten för den linjära passningen är listade i tabell 1. Det kan ses från formeln att lutningen för den räta linjen är förhållandet mellan beläggningens resistivitet och arean ρ/S, arean kan beräknas om ρ är känd, och skärningspunkten är kontaktresistansen Relse. Det framgår av figur 4 och tabell 1 att för det icke-valsade polstycket är beläggningsresistiviteten relativt liten, men när valstrycket ökar, blir beläggningsresistiviteten större och större. I det positiva elektrodskiktet är de aktiva partiklarnas ledningsförmåga mycket lägre än det ledande medlets, och elektroner transporteras huvudsakligen genom det ledande medlet. Det relativt höga innehållet av ledande medel i det icke-valsade polstycket har bildat ett komplett tredimensionellt ledande permeabelt nätverk, och resistiviteten är relativt liten. Efter rullning komprimeras de aktiva partiklarna ständigt och i kontakt med varandra, men detta ledande nätverk avbryts och elektrodresistiviteten fortsätter att öka. Elektrodbeläggningsmotstånd är relaterat till elektrodformulering, särskilt innehållet av ledande medel och beläggningskomprimeringsdensitet. När det icke-valsade polstycket kanske inte har bildat ett ledande permeabelt nätverk, kan korrekt valsning öka kopplingen mellan ledande ämnen. sänka motståndet. Därför måste elektrodbeläggningen optimera komprimeringen enligt elektrodsammansättningen och mikrostrukturella egenskaper. Från data, när polstycket inte är valsat, är förhållandet mellan de två kontaktmotstånden och det totala motståndet relativt stort och når 52,8 %, vilket främst beror på den svaga vidhäftningen mellan beläggningen och strömavtagaren i icke- rullat stolpstycke. Stark, gränssnittets kontaktresistans är relativt stor. När valstrycket ökar, ökar vidhäftningen mellan beläggningen och strömavtagaren gradvis, kontaktytan ökar och motståndet minskar; dessutom, ytan på beläggningen är jämnare efter valsning, och kontaktmotståndet hos sonden på beläggningssidan är också mindre. Andelen av de två typerna av kontaktresistans är endast 6,7 %, vilket visar att för elektrodplåten med högtrycksvalsning (komprimeringsdensitet ca 3,5 g/cm³) utvärderas den elektroniska konduktiviteten hos det aktiva materialskiktet av två-sonden metod. Mindre påverkad.

Figur 4. Resistanstestkurvor för elektroder i tre tillstånd

Tabell 1. Kontaktresistensstatistik

3. Sammanfatta

I detta dokument, genom att testa resistansen hos positiva elektrodskivor med olika tjocklekar, kombinerat med Ohms lag, bryts kontaktresistansen i elektrodplåten ner, och det visar sig att när komprimeringen av elektrodskivan är hög, kontaktresistansen mellan det aktiva materialskiktet och strömavtagaren och kontaktresistansen mellan testterminalen och elektroden. Kontaktresistansen på arkytan är relativt liten, så den elektroniska konduktiviteten hos det aktiva materialskiktet kan utvärderas mer objektivt.