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      鋰電常用正負極材料電阻率分析

      嘉峪檢測網        2021-10-29 22:44

      鋰離子電池倍率性能與電池電阻息息相關,電池電阻包含離子電阻和電子電阻。在實際電池研發以及生產過程中,離子電阻部分需在電池成品端進行評估,而電子電阻部分可在材料及極片端進行快速評估,因此,對鋰電正負極材料電阻率的測試對材料工藝穩定性和成品電芯的電阻預估有重要意義。

       

      鋰離子電池的組成結構如圖1所示,常用的正負極材料通常有石墨、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元、鈷酸鋰等,由于不同材料的化學成份和晶體結構不同,因此材料在受壓狀態下的壓實密度和電阻率也不同。本文對四種鋰電材料的壓實密度和電阻率進行測試,對比分析其壓實密度和電阻率的差異。

       

      鋰電常用正負極材料電阻率分析

      圖1. 電池電阻&電池結構示意圖

       

        

      實驗設備與測試參數

       

      1. 實驗設備:粉末電阻率&壓實密度儀,型號PRCD2100(IEST-元能科技),測試壓強范圍5~200MPa,設備外觀如圖2所示。

       

      鋰電常用正負極材料電阻率分析

      圖2. (a)PRCD2100外觀圖;(b)PRCD2100結構圖

       

      2. 測試參數:施加壓強10~200MPa,保壓10s;

      3. 取樣質量:鈷酸鋰/三元粉料2.00g,LFP/石墨粉料0.50g;

       

      粉末電阻率&壓實密度結果分析

       

      1. 粉末電阻率隨施加壓強變化情況

       

      鋰電常用正負極材料電阻率分析

      圖3. 四種不同體系粉末電阻率變化曲線

       

      2. 100MPa下粉末壓實密度&粉末電阻率比較

      鋰電常用正負極材料電阻率分析

      圖4. 四種不同體系材料的壓實密度和電阻率比較

       

      對比以上四種不同體系材料壓實密度:LCO>NCM>LFP>Graphite,100MPa條件下的粉末電阻率比較:LCO >NCM > LFP >Graphite。其中當三元材料體系中鎳鈷錳的比例不同時,粉末的電阻率也有較大差異,通常是隨著鎳含量的增高,三元材料的電阻率減小。為了提高LFP材料導電性,通常會對其進行表面包碳或者納米化等處理,因此LFP在常用的正極材料中是導電性較好的一種材料,對應的LFP體系電芯的倍率性能也通常較好。

       

      總結

       

      四種材料粉末電阻率比較:LCO >NCM > LFP >Graphite。對粉末電阻率的監控可以監控粉末制成工藝的穩定性,同時幫助研發人員提前預估成品電芯的倍率性能,加快研發進度。

       

      參考文獻

       

      1. 羅飛,褚賡,黃杰,孫洋,李泓. 離子電池基礎科學問題(Ⅷ)—負極材料。儲能科學與技術,2014, 3 (2).

      2. 許潔茹,李泓 等,鋰電池研究中的電導率測試分析方法. 儲能科學與技術,2018,7(5) 926-955.

      3. 俞琛捷 等. 鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的制備及改性研究進展. 材料科學與工程學報,2011,29(3):468-470.

       

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      來源:Internet

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