リチウム電極シートの接触抵抗の分解方法

ポールピースは、バッテリーのフロントエンドプロセスの重要な出力です。ポールピースの電子抵抗 (導電率) は、バッテリー全体の出力、信頼性、安全性に影響します。同時に、撹拌、塗布、圧延の各工程とも密接に関係しています。したがって、磁極片の抵抗の変化を測定することで、磁極片の製造プロセス中の電子伝導ネットワークの性能をより適切に評価し、電極の微細構造の均一性を評価し、磁極片の製造プロセスの安定性を監視し、公式の改善に役立ちます。ポールピースの混合、コーティング、圧延プロセスの制御パラメーター。現在のところ、ポールピースの電子抵抗は、ポールピースの全体的な貫通内部抵抗を特徴付けるための 2 プローブ法によって主に特徴付けられます。測定される全抵抗には、コーティング抵抗、コーティングと集電体の界面抵抗、集電体自体の抵抗が含まれます。^¹⁻⁴たとえば、片面磁極片の電子抵抗の特性を示す概略図を図 1 に示します。ここで、R_午前は電極皮膜内の固体粒子間の電子伝導度を表し、R2は皮膜と集電体の間の接触抵抗を表し、密着性を評価するために使用できます。接合剤と皮膜および集電体間の密着性能、 R1 と R4 は 2 プローブ法によって導入される寄生抵抗であり、これら 2 つの部分は差し引かれることが予想されます。

ポールピースの電子テストのプロセスでは、電極コーティングの品質をより細かく制御するために、テストされた抵抗値がさらに分解され、R が得られることを期待することがよくあります。_午前、R2、R1、R4は個別に計算され、電極コーティングの導電性を向上させるための配合の最適化、コーティングと集電体の界面抵抗の低減など、ポールピースの品質をより正確に制御できます。この論文の目的は、磁極片の全抵抗をテストするための分解方法を提供することです。接触抵抗を分解する場合、まず活物質の電極層が純相導体構造であり、電子伝導がオームの法則を満たすと仮定します。次に、テストプロセスで導入された寄生抵抗とコーティングと集電体の間の界面抵抗が接触抵抗に統合され、テストされるすべての電極シート抵抗には次の 2 つの部分が含まれます。電極皮膜自体の抵抗と接触抵抗。上記の仮定に基づいて、さまざまな厚さの電極抵抗をテストすることで接触抵抗を分解し、さまざまな状態での接触抵抗の予備解析を行います。

図 1. ポールピースの抵抗を測定するための 2 プローブ法の概略図

1.実験設備及び試験方法

1.1 実験装置

試験装置の型式はBER2500(IEST)、電極径は14mm、印加可能な圧力範囲は5~60MPaです。

装置を図 2 (a) および (b) に示します。

図 2. (a) BER2500 の外観。(b) BER2500の構造

1.2 サンプルの準備とテスト

三元磁極片の 3 つの状態、すなわち、展開状態、低圧圧延状態、および高圧圧延状態を準備しました。BER2500ポールシート抵抗計を使用し、一定圧力（25MPa）での抵抗試験を行います。磁極片の異なる厚さの調整は、コーティングブレードのギャップを制御することによって実現され、ギャップサイズは125μm、150μm、200μm、250μm、および300μmである。次に、これらの磁極片にそれぞれ非圧延、低圧圧延、高圧圧延を施し、各コーティングギャップ下で３種類の磁極片を得た。

図 3. 3 つの磁極片の状態

2. データ分析

電池の極片試験で得られる抵抗値には、皮膜自体の抵抗値と接触抵抗値が含まれます。電極の配合と製造プロセスが同じであるため、同じ圧縮条件で、コーティングの抵抗率ρが同じであり、電極試験サンプルの面積 S も同じであると仮定します（直径 14 んん の円） )、電極コーティングの厚さ L 抵抗 RAM との関係は次のとおりです。_午前 = ρL/S。この式から、電極の厚さが厚くなるほど、電極のコーティング抵抗が大きくなることがわかります。電極コーティングの抵抗率は、電極の配合 (この論文のすべてのサンプルで同じ) と圧縮密度 (圧力が異なると圧縮密度が異なります) に関係します。接触抵抗Relseには、被覆側のプローブの接触抵抗と被覆と集電体との界面の接触抵抗が含まれる。集電体自体の抵抗R3と集電体側のプローブの抵抗R4は非常に小さいです。空のアルミ箔で直接テストした場合の値は 0.5mΩ で、コーティングに比べて無視できる程度です。その中で、一般的に塗装面側の平面プローブの接触抵抗は塗装面の粗さの状態に関係します。コーティング表面が滑らかであればあるほど、プローブの接触抵抗は低くなります。集電体とコーティングの接触抵抗は、電極の圧縮に関係します。圧縮が大きくなるほど、コーティングと集電体の間の接触面積が大きくなり、接触が近くなり、抵抗が小さくなります。テストされた電極の合計抵抗は次のとおりです。接触が近づくほど抵抗は小さくなります。テストされた電極の合計抵抗は次のとおりです。接触が近づくほど抵抗は小さくなります。テストされた電極の合計抵抗は次のとおりです。

R_{午前&注意;} =ρL/S + リリース

厚さの異なる磁極片について 3 つの圧密状態で抵抗試験を実施し、電極試験の全抵抗と電極の厚さの関係曲線を図 4 に示します。 5 点のフィッティング結果から、総抵抗と厚みは基本的に直線関係を満たしており、圧延圧力が大きいほど直線性が高くなります。線形フィッティングの傾きと切片の結果を表 1 に示します。式から、直線の傾きはコーティングの抵抗率と面積の比 ρ/S であることがわかり、面積は計算できます。 ρ が既知で、切片が接触抵抗 リリース である場合。図 4 と表 1 からわかるように、圧延されていない磁極片の場合、コーティングの抵抗率は比較的小さく、しかし、圧延圧力が増加するにつれて、コーティングの抵抗率はますます大きくなります。正極シートでは、活物質粒子の導電性は導電剤の導電性よりもはるかに低く、電子は主に導電剤を介して輸送されます。圧延されていないポールピース内の導電剤の含有量が比較的高いため、完全な三次元の導電性透過ネットワークが形成され、抵抗率は比較的小さくなります。回転後、活性粒子は常に圧縮され、互いに接触していますが、この導電ネットワークは切断され、電極の抵抗率は増加し続けます。電極コーティングの抵抗は、電極の配合、特に導電剤の含有量とコーティングの圧縮密度に関係します。圧延されていない磁極片が導電性の透過性ネットワークを形成していない可能性がある場合、適切に圧延することで導電剤間の接続性を高めることができます。抵抗を下げます。したがって、電極コーティングは、電極の配合と微細構造特性に従って圧縮を最適化する必要があります。データから、磁極片が巻かれていない場合、合計抵抗に対する 2 つの接触抵抗の比率は比較的大きく、52.8% に達します。これは主に、巻かれていない場合のコーティングと集電体の間の接着力が弱いためです。ロール状のポールピース。強く、界面接触抵抗は比較的大きい。圧延圧力が増加すると、コーティングと集電体の接着力が徐々に増加し、接触面積が増加して抵抗が減少します。加えて、圧延後のコーティング表面はより滑らかになり、コーティング側のプローブの接触抵抗も小さくなります。2 種類の接触抵抗の割合はわずか 6.7% であり、高圧圧延された電極シート (圧縮密度約 3.5g/cm3) の場合、活物質層の電子伝導性が 2 探針によって評価されることを示しています。方法。影響は少ない。

図 4. 3 つの状態における電極の抵抗テ​​スト曲線

表 1. 接触抵抗の統計

3. 要約する

この論文では、オームの法則と組み合わせて、異なる厚さの正極シートの抵抗をテストすることにより、電極シート内の接触抵抗が分解され、電極シートの圧縮率が高い場合、正極シート間の接触抵抗が低下することがわかりました。活物質層と集電体、検査端子と電極間の接触抵抗 シート表面の接触抵抗が比較的小さいため、活物質層の電子伝導性をより客観的に評価できます。