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隨著鋰電行業(yè)的飛速發(fā)展，鋰離子電池已在手機(jī)、電腦、汽車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，用戶(hù)對(duì)電池的快充要求越來(lái)越高，相應(yīng)的對(duì)電池的倍率性能要求也越來(lái)越高。鋰離子電池倍率性能與電池電阻息息相關(guān)，電池電阻包含離子電阻和電子電阻，其中離子電阻主要指鋰離子在電極孔隙中的電解液中傳輸電阻、鋰離子通過(guò)SEI膜的電阻、鋰離子與電子在活性材料/SEI膜界面的電荷轉(zhuǎn)移電阻以及鋰離子在活性材料內(nèi)部的固相擴(kuò)散電阻，電子電阻主要指正負(fù)極活性材料電阻、集流體電阻、活性材料之間接觸電阻、活性材料與集流體接觸電阻以及極耳焊接電阻等4,6。在實(shí)際電池研發(fā)以及生產(chǎn)過(guò)程中，離子電阻部分需在電池成品端進(jìn)行評(píng)估，而電子電阻部分可在材料及極片端進(jìn)行快速評(píng)估，因此，材料和極片電子電阻的準(zhǔn)確評(píng)估，對(duì)成品電芯的電阻預(yù)估有重要意義。

在全電池電子電阻中，正極極片電阻通常占比較大。正極極片電阻受多種材料的影響，包括活性材料，粘接劑，導(dǎo)電碳，其中活性材料含量比例高達(dá)95%以上1-3，在固定其他材料比例時(shí)，粉末電阻和極片電阻理論上會(huì)有一定程度的相關(guān)性，如能確定這種相關(guān)性，可將對(duì)電芯電阻的評(píng)估在從極片端進(jìn)一步提前至材料端5，不但節(jié)約研發(fā)和生產(chǎn)成本，又加快了研發(fā)進(jìn)度，有利于企業(yè)更快滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，抓住市場(chǎng)機(jī)遇。

目前測(cè)試正極粉末電阻有兩種方法：四探針?lè)ê蛢商结樂(lè)āＦ渲兴奶结樂(lè)ㄊ潜碚鞣勰浩砻鏅M向電阻，兩探針?lè)ㄊ菧y(cè)試粉末壓片的縱向穿透電阻。極片電阻的測(cè)試方法通常采用的是兩探針?lè)椒?-3，詳情可參考《極片工藝監(jiān)控新方法》一文。為了保證測(cè)試結(jié)果的可比性，本文對(duì)粉末電阻和極片電阻的測(cè)試均選用基于兩探針?lè)椒ǜ倪M(jìn)的四線(xiàn)法加可控壓雙圓盤(pán)電極，其中粉末電阻測(cè)試儀最大達(dá)到200MPa的施加壓強(qiáng)，可使粉末壓實(shí)狀態(tài)與粉末在極片中的壓實(shí)狀態(tài)更加接近。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.1.1 粉末電阻&壓實(shí)密度測(cè)試

儀器型號(hào)PRCD1100（IEST元能科技），電極直徑16mm，測(cè)試壓強(qiáng)范圍10~200MPa，保壓時(shí)間10s。

1.1.2 極片電阻&壓實(shí)密度測(cè)試

儀器型號(hào)BER1300（IEST元能科技），電極直徑14mm，施加壓強(qiáng)25MPa，保壓時(shí)間25s。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 粉末電阻&壓實(shí)密度測(cè)試

取1~2g粉末樣品，稱(chēng)重后倒入治具(PR-Device-16)中，在預(yù)振實(shí)儀（Pre-V1）上預(yù)先振實(shí)粉末，使粉末受壓前的堆積狀態(tài)一致，再將治具放入粉末電阻儀PRCD1100，開(kāi)啟PRCDMS軟件設(shè)置測(cè)試壓強(qiáng)、保壓時(shí)間參數(shù)，軟件自動(dòng)讀取粉末樣品厚度、壓實(shí)密度、電阻、電阻率、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。

1.2.2 極片電阻&壓實(shí)密度測(cè)試

將輥壓后的極片剪切成約5cm×10cm的長(zhǎng)方形尺寸，放置于極片電阻儀兩電極之間，開(kāi)啟MRMS軟件，設(shè)置測(cè)試壓強(qiáng)、保壓時(shí)間、活性物質(zhì)質(zhì)量等參數(shù)，軟件自動(dòng)讀取極片厚度、壓實(shí)密度、電阻、電阻率、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。

2. 不同體系粉末電阻與極片電阻對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.1 鈷酸鋰LCO體系

 鈷酸鋰材料是目前消費(fèi)類(lèi)電池使用最為廣泛的正極材料，由于鈷酸鋰材料的粉末電阻較大，導(dǎo)電性較差，常常需要對(duì)其進(jìn)行改性，如摻雜或包覆。如圖3（a）是對(duì)經(jīng)過(guò)改性前后的鈷酸鋰材料進(jìn)行的粉末電阻測(cè)試，自動(dòng)獲得粉末電導(dǎo)率與粉末壓實(shí)密度的關(guān)系曲線(xiàn)，由圖可知，在壓實(shí)密度小于3.87g/cm3（75MPa施加壓強(qiáng)）時(shí)，改性后的粉末電導(dǎo)率小于改性前，而當(dāng)壓實(shí)密度大于3.87g/cm3后，改性后的粉末電導(dǎo)率開(kāi)始優(yōu)于改性前，且隨壓實(shí)密度的增加而快速增加。對(duì)比圖3（b）兩種粉末采用相同的配方和工藝制備的極片（極片壓實(shí)密度4.0g/cm3）的電導(dǎo)率，改性后的鈷酸鋰極片電導(dǎo)率顯著好于改性前，這證明對(duì)鈷酸鋰粉末的改性是有效的。以上結(jié)果說(shuō)明，針對(duì)該款材料，在粉末的受壓狀態(tài)與粉末在極片中的受壓狀態(tài)一致時(shí)，可得到粉末電阻和極片電阻一致的趨勢(shì)。

2.2 鎳鈷錳NCM體系

       鎳鈷錳三元材料由于其較高的克容量，是大多數(shù)動(dòng)力電池首選的正極材料。三元材料的克容量主要受Ni含量的影響，Ni含量越高可逆容量越高，但另一方面隨著Ni含量的增加，電池的循環(huán)性、倍率性和熱穩(wěn)定性也會(huì)有一定程度的影響。如圖4（a）是三種不同Ni含量的粉末電導(dǎo)率與粉末壓實(shí)密度的關(guān)系，如圖可知，隨著Ni含量的增加， 粉末電導(dǎo)率也表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。對(duì)比圖4（b）采用相同的配方和工藝制備的極片（極片壓實(shí)密度3.2g/cm3）的電導(dǎo)率，也同樣可得到極片電導(dǎo)率隨Ni含量的增加而增加的趨勢(shì)。以上結(jié)果說(shuō)明，三元粉末電阻與極片電阻有一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.3 磷酸鐵鋰LFP體系

隨著市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池安全性的強(qiáng)烈要求，磷酸鐵鋰材料以其高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性正逐漸成為許多動(dòng)力電池企業(yè)優(yōu)先使用的正極材料。但磷酸鐵鋰材料本身的導(dǎo)電性較差，需要預(yù)先對(duì)其進(jìn)行改性才可使用在對(duì)倍率性能要求較高的動(dòng)力電池中，常用的改性方法有：摻雜，碳包覆和材料納米化等7。如圖5（a）是3種不同改性方式的LFP材料的粉末電導(dǎo)率和壓實(shí)密度的比較，如圖可知，在相同壓實(shí)密度條件下，三種材料電導(dǎo)率趨勢(shì)為：LFP-1>LFP-2>LFP-3。對(duì)比圖4（b）采用相同的配方和工藝制備的極片（極片壓實(shí)密度2.4 g/cm3）的電導(dǎo)率，也同樣可發(fā)現(xiàn)極片電導(dǎo)率大小為：LFP-1>LFP-2>LFP-3，與粉末表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，因此可使用粉末電導(dǎo)率快速評(píng)估改性的效果。

3. 總結(jié)

本文采用四線(xiàn)法加可控壓雙圓盤(pán)電極的方法分別測(cè)試鈷酸鋰、三元和磷酸鐵鋰的粉末電阻和極片電阻，同步可得到二者的壓實(shí)密度。當(dāng)粉末壓實(shí)狀態(tài)與粉末在極片中的受壓狀態(tài)接近時(shí)，三種體系的粉末電阻與極片電阻有相同的趨勢(shì)，因此可將評(píng)估電芯的電子電阻從極片端提前至粉末端，加快研發(fā)進(jìn)度，節(jié)約研發(fā)和生產(chǎn)成本，有利于企業(yè)更快滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，抓住市場(chǎng)機(jī)遇。