リチウムイオン電池の極性皮膜抵抗の試験技術と関連応用

リチウムイオン電池の充電と放電の過程で、リチウムイオンと電子は電池のポールピース内を輸送され、リチウムイオンは電極の細孔に充填された電解質を介して輸送され、電子は主に3つの固体粒子、特に導電剤で構成される次元ネットワーク。活物質粒子/電解質界面は電極反応に関与します。電子の伝導特性は電池の性能に大きな影響を及ぼし、それは主に電池のレート性能に影響を及ぼします。電池のポールピースでは、導電率に影響を与える主な要因には、箔基板とコーティングの間の結合界面、導電剤の分布状態、および粒子間の接触状態が含まれます。ポールピースの抵抗を測定することにより、ポールピースの微細構造の均一性、ポールピースの配合特性、材料特性、およびバッテリーの性能を予測することができます。記事「リチウム電池のポールピースの導電率試験方法とその影響要因」では、電池のポールピースの導電率試験方法を簡単に要約し、ポールピースの導電率のいくつかの影響要因を列挙しています。

リチウムイオン電池のプロセス開発や品質監視の過程で、電極抵抗測定技術も重要な役割を果たしています。リチウムイオン電池の原材料が基本です。材料の品質は、バッテリーの性能を直接決定します。原材料の導電率は、最終バッテリーの内部抵抗とインピーダンスに決定的な役割を果たします。同時に、電極とコアプロセスのプロセスパラメータもバッテリー性能に重要な影響を及ぼします。したがって、ポーラーフィルムの抵抗は、材料、プロセス、および性能の間の結合になります。

活物質粉末材料の開発と評価、電極処方の開発と最適化、製造プロセスの監視、および故障の分析において、極性膜耐性試験は次のような重要な役割を果たすことができます。

1.攪拌からコーティングまでの過程でのスラリーの安定性の包括的な評価、および導電性薬剤の異常な再統一の特定。

2.製造工程における電極の安定性（電極の抵抗の安定性）の評価。

3.シリコン負極などの混合電極の均一な異常識別。

4.さまざまな主要材料と配合の電子伝導率評価。

5.さまざまな導電剤および配合物の電子導電性評価。

6.さまざまな架橋剤および配合物の電子伝導性評価。

7.流体を集める機能的な底部コーティングの電子伝導性評価。

8.電子導電性ネットワークの極故障解析。

9.正極および負極材料の界面層の接触抵抗分析。

ポールピースフィルム抵抗試験の適用例をいくつか示します。

アプリケーションケース1：極性錠剤の調製と最適化（導電性異常の測定）

電極プロセスの開発における導電剤の分散は、原材料の処方、混合条件、コーティング条件、乾燥条件など、多くの複雑なプロセス制御パラメーターの影響を受けます。導電剤の分散は、コアの運動性能を大幅に低下させます。極性接着、色度、外観などの監視方法では見つけるのが難しく、見落とされがちで、取り返しのつかない経済的損失をもたらします。極性皮膜抵抗試験は、導電剤の分布状態を評価することができます。図1に示すように、理想的な導電剤の分布は、電子が電極に移動できるように、活性物質粒子の表面に十分に均一に分散およびコーティングされた凝集体である必要があります。 /どこでも電解インターフェース、電極反応に参加します。ポーラーフィルム製造でポーラーフィルム抵抗データをテストした後、通常のプロセスで一定量のデータを蓄積した後、膜抵抗の制御範囲を決定できます。図1から、導電剤を再結合すると電極抵抗が大幅に増加することがわかります。導電剤がバッチで異常に分散している場合は、フィルム抵抗で簡単に識別でき、不良品を取り除くことができます。

アプリケーションケース2：コーティングフォイルプロセスの開発の評価

電池の導電性基板の表面処理に機能性コーティングを使用することは、画期的な技術革新です。カーボンアルミホイルのコーティングは、散在するナノ導電性グラファイトとカーボンコーティングされた粒子でアルミホイルを均一かつ繊細にコーティングすることです。優れた静的伝導性を提供し、活性物質の微小電流を収集することができます。これにより、材料と骨材の間の接触抵抗を大幅に減らし、2つの間の接着力を高めることができます。バインダーの使用を減らすことができ、界面の安定性を大幅に改善することができます。リチウムイオン電池の長サイクルの安定性が向上し、電池全体の性能が大幅に向上します。コレクター液とコーティングの対応する極性抵抗を効果的にテストでき、各部品の抵抗を区別して、技術の開発を強力に保証できます。電極抵抗試験は、マイクロコーティング設計によって引き起こされる違いを効果的に測定し、正確に区別することができます。図2に示すように、液底コーティングを適用すると、コーティングプロセスごとに対応する極性膜抵抗が異なります。これらのデータは、フォイルコーティングの配合とプロセスを効果的に評価し、機能性コーティングの性能を評価することができます。

アプリケーションケース3：極地ストレージの信頼性の評価

ニッケルベースの材料の場合、粒子の表面で自発的な反応が起こり、Ni3 +がNi2 +に変換され、O2-が放出されます。ニッケル含有量の高い材料（NMC 622、NMC811、NCAなど）が空気にさらされると、空気中の二酸化炭素と水を吸収しやすくなり、反応によって粒子の表面にLi2CO3層とLiOH層が形成されます。 。材料中のNiの割合が高く、PH値が高いのに対し、Li2CO3とLiOHは材料中のLiを消費し、電気化学的活性を持っていません。したがって、容量が減衰し、Li2CO 3の表面が密になると、Liの拡散が妨げられ、バッテリーの性能に影響を及ぼします。 LiOHはPVDFおよびLiPF6とも反応し、バッテリーの技術と性能に悪影響を及ぼします。材料と空気の反応は、原材料の保存、電極の準備、極性保管などの全プロセスで行われます。したがって、高ニッケル材料の場合、原材料から電池の製造プロセス全体まで、厳格な環境管理が必要です。電極をさまざまな湿度で保管した後の膜抵抗値を調べることにより、データサポートを作成してプロセス制御時間を決定できます。図3は、さまざまな環境でのNMC811電極の貯蔵膜抵抗の変化の例です。このことから、811電極の保管湿度が低いほど、膜抵抗の変化が安定していることがわかります。したがって、811システムの生産管理湿度は可能な限り低くする必要があります。

アプリケーションケース4：原材料の入ってくるバッチの異常な評価

ポーラーフィルム耐性の輸入品質管理は、入ってくる材料の検出方法として、生産リスクを減らし、生産効率と製品の信頼性を向上させることができます。図4は、生産バッチがコアDCR（70％SOC）の異常を増加させ始めた実際のケースです。この異常に対応して、電極抵抗測定のために、正極材料のさまざまなバッチ（正常グループと異常グループを含む）が抽出されます。異常な流入材料群の電極抵抗は、正常群の電極抵抗よりも有意に高いことがわかった。

アプリケーション5：極性コーティングの導電率の推定

ダイアフラム抵抗値に基づいて、材料の実際の導電率を線形フィッティングによって計算し、製品開発の技術的保証を提供できます。図5の実際のケースに示されているように、次のことがわかります。（1）LCO正極ダイヤフラムの抵抗と電極のコーティング重量（厚さ）の間には明確な線形関係があります。 （2）同じ試験圧力で抵抗を線形フィッティングすることにより、カソード活性物質の導電率は2.73S / mと計算できます。

アプリケーションケース6：さまざまなライフサイクルにおける極性抵抗と圧力感度の分析

2つのプローブ方法を使用して電極の全体的な抵抗をテストする場合、テスト負荷圧力は結果に一定の影響を及ぼします。一般に、試験荷重圧力は増加し、電極膜抵抗は減少し、特定の値に達した後、試験結果は圧力に依存しません。ローラー圧力、バッテリーを組み立てた後の新しい電極、および異なるサイクルを経る極性プレートの後、それらは異なる抵抗値を示し、異なるライフサイクル中の負荷圧力感度の違い、およびダイヤフラムを介した圧力感度の違いを示します。さまざまなライフサイクルのポラロイドの膨張厚さの変化を計算できます。これにより、ポラロイドとリチウム電池を評価するための新しい測定および特性評価方法が提供されます。

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