锂电池极片电导率的方向差异、微观局部区域差异.docx

锂电池极片电导率的方向差异、微观局部区域差异锂离子电池充放电过程中，电池极片内部存在锂离子和电子的传输，其中电子主要通过固体颗粒，特别是导电剂组成的三维网络传导至活物质颗粒/电解液界面参与电极反应电子的传导特性对电池性能影响大，而电池极片中，影响电导率的主要因素包括箔基材与涂层的结合界面情况，导电剂分布状态，颗粒之间的接触状态等通过电池极片的电导率能够判断极片中微观结构的均匀性，预测电池的性能实际上，极片电导率更加复杂，可能存在方向上的差异，微观局部不均匀等文献1研究了正极极片电导率在方向上的差异作者分别采用四探针法测量了极片平行集流体方向（Inplane）上的电导率，采用微型二探针法测试了电极截面上电导率，此时电流方向与实际工作时一致，垂直于集流体方向（Outofplane）2μm硅和CNT电极在不同CNT含量下，平行集流体（Inplane）与垂直集流体方向（Outofplane）电导率，两个方向上的对比存在明显差异，垂直集流体方向（Outofplane）的电导率比平行集流体（Inplane）小约1000倍但是，电极实际工作中，电子传输方向是垂直集流体方向（Outofplane），这个方向电导率对电池性能影响更大，而且电导率数值与EIS拟合得到的电极电导率相近，如图1所示。

图12μm硅和CNT电极在不同CNT含量下，垂直集流体方向电导率（Outofplane）和交流阻抗谱拟合得到的电极电导率（Electrode）更进一步的，文献2采用纳米级四探针测试了电极片各个微观区域内的电导率，具体的测试设备如图2所示，探针尺寸为纳米级，通过精密控制系统移动样品或者探针测量各个区域的电导率，从而，获得了电导率分布图谱，如图3所示图2四探针测试SEM图，探针尺寸为纳米级图3是电池极片电子传输电阻图谱，其中（a）是极片中电子与离子传输示意图；（b）是HE5050极片电阻图谱，活性物质为直径小于1微米的NMC三元材料，极片电阻值范围为21-41 mΩ cm2；（d）是TODA523极片电阻图谱，活性物质为微米级的NMC三元材料，极片电阻值范围为6-9 mΩ cm2；（c）是两种极片在位置A、B、C对应的电阻率以及A-C两点之间的距离A是电导率最高的位置，是电导率最低的位置，B居于两者之间图3电池极片电导率图谱a）电子与离子传输示意图，（b）HE5050极片电阻图谱，（c）两种极片在位置A、B、C对应的电阻率，（d）TODA523极片电阻图谱极片电阻率图谱与电极微观结构特征相互关联，作者对两种极片电导率高A、中B、低C三个的区域分析极片形貌。

微米级活性材料极片TODA523，不同电导率三个位置对应的极片微观形貌分别为，图4（a、b）是电导率高A位置图4（c、d）是电导率高B位置图4（e、f）是电导率高C位置SEM照片可以分辨出活性物质，导电剂和粘结剂混合相以及孔隙图4微米级TODA523三元极片SEM形貌及图像处理（活性物质、导电剂、孔隙）：（a、b）高电导率A位置，（c、d）中电导率B位置，（e、f）低电导率C位置图5是亚微米级HE5050三元极片SEM形貌及图像处理，由于活性物质颗粒细小，无法分辨碳胶相，图像处理只能区分为固体相和孔隙图5亚微米级HE5050三元极片SEM形貌及图像处理（活性物质、孔隙）：（a、b）高电导率A位置，（c、d）中电导率B位置，（e、f）低电导率C位置作者通过图像分析和电子锂离子传输模型，研究表明极片中A位置的微观形貌不仅电子电导率高，同时也具有高的锂离子传输速率理想的电极微观形貌应该像位置A一样。