Phương pháp phân hủy điện trở tiếp xúc của tấm điện cực lithium
Mảnh cực là đầu ra quan trọng của quy trình đầu cuối của pin. Điện trở điện tử (độ dẫn điện) của miếng cực ảnh hưởng đến nguồn điện, độ tin cậy và độ an toàn của pin đầy. Đồng thời, nó liên quan chặt chẽ đến các quá trình khuấy, tráng và cán. Do đó, phép đo Sự thay đổi của điện trở mảnh cực có thể đánh giá tốt hơn hiệu suất của mạng dẫn điện trong quá trình sản xuất mảnh cực, đánh giá tính đồng nhất của vi cấu trúc điện cực và theo dõi độ ổn định của quy trình sản xuất mảnh cực, đồng thời giúp cải thiện công thức của mảnh cực và các thông số trộn, phủ và Kiểm soát của quá trình cán. Hiện tại, điện trở của mảnh cực chủ yếu được đặc trưng bởi phương pháp hai đầu dò để đặc trưng cho điện trở trong thâm nhập tổng thể của mảnh cực. Tổng điện trở đo được bao gồm điện trở lớp phủ, điện trở giao diện lớp phủ và bộ thu dòng điện và điện trở của chính bộ thu dòng điện¹⁻⁴Ví dụ, sơ đồ mô tả điện trở điện tử của một mảnh cực một mặt được thể hiện trong Hình 1, trong đó RLÀđại diện cho độ dẫn điện tử giữa các hạt rắn bên trong lớp phủ điện cực và R2 đại diện cho điện trở tiếp xúc giữa lớp phủ và bộ thu dòng điện, có thể được sử dụng để đánh giá độ bám dính. Hiệu suất bám dính giữa tác nhân tiếp giáp và lớp phủ và bộ thu dòng điện, và R1 và R4 là các điện trở ký sinh được giới thiệu bởi phương pháp hai đầu dò và hai phần này dự kiến sẽ được khấu trừ.
Trong quá trình thử nghiệm điện tử mảnh cực, để kiểm soát chất lượng của lớp phủ điện cực tốt hơn, chúng tôi thường hy vọng rằng giá trị điện trở được thử nghiệm có thể được phân tách thêm và RLÀ, R2, R1 và R4 được tính toán riêng biệt, sau đó mảnh cực có thể được kiểm soát Chất lượng chính xác hơn, chẳng hạn như tối ưu hóa công thức để cải thiện độ dẫn điện của lớp phủ điện cực, giảm điện trở giao diện giữa lớp phủ và bộ thu dòng điện, v.v. Mục đích của bài báo này là cung cấp một phương pháp phân tách để kiểm tra tổng điện trở của mảnh cực. Khi phân tách điện trở tiếp xúc, trước tiên người ta cho rằng lớp điện cực của vật liệu hoạt động là cấu trúc dây dẫn pha thuần túy và độ dẫn điện tử thỏa mãn định luật Ohm; thứ hai, điện trở ký sinh được đưa vào trong quá trình thử nghiệm và điện trở giao diện giữa lớp phủ và bộ thu dòng điện được thống nhất thành điện trở tiếp xúc, sau đó tất cả điện trở của tấm điện cực được thử nghiệm bao gồm hai phần: điện trở của chính lớp phủ điện cực và điện trở tiếp xúc. Trên cơ sở các giả định trên, chúng tôi phân tách điện trở tiếp xúc bằng cách kiểm tra điện trở điện cực ở các độ dày khác nhau, để tiến hành phân tích sơ bộ điện trở tiếp xúc ở các trạng thái khác nhau.
Hình 1. Sơ đồ phương pháp hai đầu đo để đo điện trở của đoạn cực
1.Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thử
1.1 Thiết Bị Thí Nghiệm
Kiểu thiết bị thử nghiệm là BER2500 (IEST), đường kính điện cực là 14mm và phạm vi áp suất có thể áp dụng là 5 ~ 60MPa.
Thiết bị được thể hiện trong Hình 2 (a) và (b)
Hình 2. (a) Hình thức của BER2500; (b) Cấu trúc của BER2500
1.2 Chuẩn bị mẫu và thử nghiệm
Ba trạng thái của các miếng cực ba đã được chuẩn bị: không cuộn, cuộn áp suất thấp và cuộn áp suất cao. Máy đo điện trở tấm cực BER2500 được sử dụng để kiểm tra điện trở trong điều kiện áp suất cố định (25MPa). Việc điều chỉnh độ dày khác nhau của các miếng cực được thực hiện bằng cách kiểm soát khe hở của lưỡi phủ và kích thước khe hở là 125 μm, 150 μm, 200 μm, 250 μm và 300 μm. Sau đó, các miếng cực này lần lượt được lăn không lăn, cán áp suất nhỏ và cán cao áp, và ba loại miếng cực được thu được dưới mỗi khe hở lớp phủ.
Hình 3. Ba trạng thái mảnh cực
2. Phân tích dữ liệu
Điện trở thu được khi kiểm tra mảnh cực của pin bao gồm điện trở của chính lớp phủ và điện trở tiếp xúc. Do công thức điện cực và quy trình sản xuất giống nhau nên trong cùng điều kiện nén chặt, giả sử điện trở suất ρ của lớp phủ là như nhau, diện tích S của mẫu thử điện cực cũng giống nhau (hình tròn có đường kính 14mm ) thì độ dày L của lớp phủ điện cực Mối quan hệ với điện trở RAM là: RLÀ = ρL/S. Có thể thấy từ công thức rằng độ dày điện cực càng lớn thì điện trở của lớp phủ điện cực càng lớn. Điện trở suất của lớp phủ điện cực có liên quan đến công thức điện cực (giống nhau đối với tất cả các mẫu trong bài báo này) và mật độ nén (mật độ nén khác nhau dưới các áp suất khác nhau). Điện trở tiếp xúc Relse bao gồm điện trở tiếp xúc của đầu dò ở phía lớp phủ và điện trở tiếp xúc của giao diện giữa lớp phủ và bộ thu dòng điện. Điện trở R3 của chính bộ thu dòng điện và điện trở R4 của đầu dò ở phía bộ thu dòng điện là rất nhỏ. Nó là 0,5mΩ khi thử nghiệm trực tiếp với một lá nhôm rỗng không đáng kể so với các lớp phủ. Trong số đó, điện trở tiếp xúc của đầu dò phẳng ở phía lớp phủ có liên quan đến trạng thái của độ nhám bề mặt lớp phủ nói chung. Bề mặt lớp phủ càng mịn thì điện trở tiếp xúc của đầu dò càng thấp. Điện trở tiếp xúc của bộ thu dòng điện và lớp phủ có liên quan đến độ nén của điện cực. Độ nén càng lớn, diện tích tiếp xúc giữa lớp phủ và bộ thu dòng điện càng lớn, tiếp xúc càng gần và điện trở càng nhỏ. Tổng điện trở của các điện cực đã thử là: tiếp xúc càng gần thì điện trở càng nhỏ. Tổng điện trở của các điện cực đã thử là: tiếp xúc càng gần thì điện trở càng nhỏ. Tổng điện trở của các điện cực đã thử là:
rLÀ =ρL/S + Thả lỏng
Thử nghiệm điện trở được thực hiện trên các miếng cực có độ dày khác nhau trong ba trạng thái nén và đường cong quan hệ giữa tổng điện trở của thử nghiệm điện cực và độ dày của điện cực được thể hiện trong Hình 4. Từ kết quả phù hợp của 5 điểm, tổng lực cản và độ dày về cơ bản thỏa mãn mối quan hệ tuyến tính và áp suất lăn càng lớn thì độ tuyến tính càng cao. Kết quả độ dốc và điểm chặn của khớp nối tuyến tính được liệt kê trong Bảng 1. Có thể thấy từ công thức rằng độ dốc của đường thẳng là tỷ lệ giữa điện trở suất của lớp phủ với diện tích ρ/S, diện tích có thể tính được nếu đã biết ρ và hệ số chặn là điện trở tiếp xúc Relse. Có thể thấy từ Hình 4 và Bảng 1 rằng đối với mảnh cực không cuộn, điện trở suất của lớp phủ tương đối nhỏ, nhưng khi áp suất lăn tăng lên, điện trở suất của lớp phủ ngày càng lớn hơn. Trong tấm điện cực dương, độ dẫn điện của các hạt hoạt động thấp hơn nhiều so với chất dẫn điện và các electron chủ yếu được vận chuyển qua chất dẫn điện. Hàm lượng tương đối cao của chất dẫn điện trong mảnh cực không cuộn đã hình thành một mạng thấm dẫn điện ba chiều hoàn chỉnh và điện trở suất tương đối nhỏ. Sau khi lăn, các hạt hoạt động liên tục được nén chặt và tiếp xúc với nhau, nhưng mạng dẫn điện này bị cắt và điện trở suất tiếp tục tăng. Điện trở của lớp phủ điện cực có liên quan đến công thức điện cực, đặc biệt là hàm lượng chất dẫn điện và mật độ nén của lớp phủ. Khi phần cực không được cuộn có thể không hình thành mạng thấm dẫn điện, việc cuộn đúng cách có thể làm tăng khả năng kết nối giữa các tác nhân dẫn điện. hạ thấp điện trở. Do đó, lớp phủ điện cực cần tối ưu hóa quá trình nén theo công thức điện cực và đặc điểm cấu trúc vi mô. Từ dữ liệu, khi miếng cực không được cuộn, tỷ lệ của hai điện trở tiếp xúc trên tổng điện trở tương đối lớn, đạt 52,8%, nguyên nhân chủ yếu là do lớp phủ và bộ thu dòng không bám dính yếu. cuộn mảnh cực. Mạnh mẽ, điện trở tiếp xúc giao diện tương đối lớn. Khi áp suất lăn tăng lên, độ bám dính giữa lớp phủ và bộ thu dòng tăng dần, diện tích tiếp xúc tăng và điện trở giảm; Ngoài ra, bề mặt của lớp phủ mịn hơn sau khi cán và điện trở tiếp xúc của đầu dò ở phía lớp phủ cũng nhỏ hơn. Tỷ lệ của hai loại điện trở tiếp xúc chỉ là 6,7%, điều này cho thấy đối với tấm điện cực được cán áp suất cao (mật độ nén khoảng 3,5g/cm³), độ dẫn điện tử của lớp vật liệu hoạt tính được đánh giá bằng hai đầu dò phương pháp. Ít bị ảnh hưởng hơn.
Hình 4. Đường cong kiểm tra điện trở của các điện cực ở ba trạng thái
Bảng 1. Thống kê điện trở tiếp xúc
3. Tóm tắt
Trong bài báo này, bằng cách kiểm tra điện trở của các tấm điện cực dương với các độ dày khác nhau, kết hợp với định luật Ohm, điện trở tiếp xúc trong tấm điện cực bị phân hủy và nhận thấy rằng khi độ nén của tấm điện cực cao, điện trở tiếp xúc giữa lớp vật liệu hoạt tính và bộ thu dòng và điện trở tiếp xúc giữa cực thử nghiệm và điện cực Điện trở tiếp xúc của bề mặt tấm tương đối nhỏ nên có thể đánh giá khách quan hơn độ dẫn điện tử của lớp vật liệu hoạt tính.