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2020-06-03

极片不变性与平均性监控新方式

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跟着锂离子电池在手机、电脑、汽车、储能等范畴的普遍利用,人们对电池的宁静性、能量密度和功率密度机能的须要愈来愈高。为了进步锂离子电池的能量密度和功率密度,一些锂电新材料和新手艺亟待开辟。锂离子电池出产由多个工艺进程构成,为了获得宁静靠得住性高且机能分歧性好的电池,须要对每个出产工艺拟定严酷的监控办法,确保不良品不流入市场。为了节俭出产本钱,晋升出产效力,电池企业加倍但愿能在前工序阶段就能够疾速辨认出很是,及时做出响应改良办法。今朝大大都电池企业在前工序经常利用的监控方式首要包罗监控以下参数:浆料黏度、浆料固含量、涂布品质、压实密度,这些方式固然能够必然水平上监控收工序动摇,但还缺乏以知足监节制品电芯分歧性的请求。极片是电池前端工序的一个首要输入,极片的电子电阻(电导率)影响全电池的功任性、靠得住性及宁静性,同时它又与搅拌、涂布和辊压工序息息相干,是以,丈量极片电阻的变更能够较好地评价极片建造进程中电子导电收集的机能,评价电极微观布局的平均性和监控极片建造工艺的不变性,助力改良极片的配方和搅拌、涂布和辊压工艺的节制参数。

今朝,测试极片电子电阻首要有两种道理:四探针法和两探针法。四探针法只能表征极片外表涂层的电阻,疏忽了涂层和集流体的界面电阻,与极片在电池中的现实利用环境不符,是以不必于测试锂离子电池极片电阻1-2。两探针法能表征极片的全体穿透内阻,包罗涂层电阻、涂层与集流体界面电阻和集流体自身电阻,测试时的电子传导途径与极片在电池中现实利用时的电子传导途径不异,大大都企业和科研任务者接纳该方式停止极片电阻表征2-4本文利用的方式是在两探针法的根本上做进一步改良,接纳四线法加可控压双圆盘电极,测试极片电子电阻,监控涂布和辊压工序极片电阻的变更,将电芯的危险节制提早至极片端,从而为锂离子电池研发和出产保驾护航。

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1.工艺监控案例

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1.1 极片批次不变性监控

极片电阻受导电剂分离、涂布分量、冷压参数等多种身分影响,此中导电剂对电阻的影响很是较着3。正极导电剂的分离环境与浆料配方、搅拌前提、涂布/烘干前提等浩繁庞杂工艺节制参数有关,导电剂分离不均将极大好转电池能源学机能,但不平均性很难经由过程极片表面、粘接力等惯例监控手腕发明,常常轻易被疏忽,形成不可挽回的丧失。

在电芯研发早期,经由过程对三元极片电阻的大批测试和监控,开端拟定一般极片电阻规模为0.2~0.4Ω,在电芯导入量产阶段后,对差别批次极片停止电阻监控。如图2(a)是对6个批次极片停止的极片电阻测试,玄色数据点代表单次测试电阻值,白色数据点代表电阻均值,绿色数据点代表电阻COV。从电阻数据可发明有3个批次电芯极片电阻大于0.4Ω,较着超越规格,进一步对一般和很是批次的极片停止SEM描摹阐发,如图2(b)和2(c),一般批次极片中导电碳的散布较平均,而很是批次极片的导电碳呈现较着的团圆景象,因为测试极片电阻时是随机拔取极片差别地位,导电碳散布不均会致使无导电碳的地位处极片电阻较着增大。是以,经由过程监控极片电阻的变更可在极片端疾速辨认很是极片,防止不良极片流入下一工序,节俭出产本钱。

极片不变性与平均性监控新方式(图1)

1.2 极片涂布平均性监控

为了晋升电池能量密度,硅碳夹杂材料作为锂离子电池负极材料的研讨逐步增加,若何节制硅碳夹杂材料在极片中的散布平均性对负极的收缩和电位散布有较着影响。监控差别工艺参数前提下极片电阻的变更可评价硅碳材料夹杂平均性。

如图3是两种混料工艺的极片停止的极片电阻测试和SEM描摹表征成果。由图3(a)可看出混料1的极片电阻均值和COV均较着高于混料2组,申明混料1的平均性差于混料2 的极片。连系图3(b)和3(c)SEM描摹阐发可看出,混料1组极片中硅碳的夹杂不平均,有较多零丁的硅颗粒存在,是以致使极片电阻均值增大,且差别地位处的极片电阻差别较大,从而电阻COV较大,而混料2组中硅碳夹杂绝对平均,电阻的均值和COV均较小,进一步证实混料2对应的混料工艺较好。

极片不变性与平均性监控新方式(图2)

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2.总结

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      本文利用的四线法加可控压双圆盘电极的方式测试极片电阻,能较好的利用于监控极片工艺的不变性和平均性,且极片电阻数据可及时毗连BIS或MES系统,完成数据的可记实、可追溯。今朝已有多家材料和电池企业将该方式导入产线工艺监控,对工艺参数及工艺不变性停止疾速有用的评价,将电芯的危险节制提早至极片端,加快锂离子电池研发和出产进度,知足市场须要。

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