鋰離子電池充放電過程中，電池極片內(nèi)部存在鋰離子和電子的傳輸，其中鋰離子通過電極孔隙內(nèi)填充的電解液傳輸，而電子主要通過固體顆粒，特別是導(dǎo)電劑組成的三維網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)至活物質(zhì)顆粒/電解液界面參與電極反應(yīng)。電子的傳導(dǎo)特性對電池性能影響大，主要影響電池的倍率性能。而電池極片中，影響電導(dǎo)率的主要因素包括箔基材與涂層的結(jié)合界面情況，導(dǎo)電劑分布狀態(tài)，顆粒之間的接觸狀態(tài)等。通過測量極片電阻，可判斷極片中微觀結(jié)構(gòu)的均勻性、極片配方特性、材料性能，預(yù)測電池的性能。文章《鋰電池極片電導(dǎo)率測試方法及其影響因素》對電池極片的電導(dǎo)率測試方法進(jìn)行簡單總結(jié)，并列舉極片電導(dǎo)率的部分影響因素。

在鋰離子電池工藝開發(fā)、品質(zhì)監(jiān)控等過程中，極片電阻測量技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。鋰離子電池原材料是基礎(chǔ)，材料好壞直接決定電池性能優(yōu)劣，原材料的電導(dǎo)率對最終電池的內(nèi)阻、阻抗等具有決定性作用，同時極片及電芯制程工藝參數(shù)對電池性能也會有重要的影響，因此，極片膜電阻成為材料-工藝-性能之間相互關(guān)系的紐帶。

在活性物質(zhì)粉體材料的開發(fā)與評估、電極配方的開發(fā)與優(yōu)化、生產(chǎn)過程監(jiān)控、失效分析等各個方面，極片膜電阻測試都能夠發(fā)揮重要作用，例如：

1. 綜合評估攪拌到涂布工藝過程的漿料穩(wěn)定性，識別導(dǎo)電劑團(tuán)聚異常問題;

2. 針對生產(chǎn)過程中極片穩(wěn)定性(極片電阻穩(wěn)定性)的評估;

3. 針對硅碳負(fù)極等混合電極的混合均勻異常識別;

4. 針對不同主材及配方的電子導(dǎo)電性評估;

5. 針對不同導(dǎo)電劑及配方的電子導(dǎo)電性評估;

6. 針對不同交聯(lián)劑及配方的電子導(dǎo)電性評估;

7. 針對集流體功能底涂層的電子導(dǎo)電性評估;

8. 針對電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的極片失效分析;

9. 針對正負(fù)極材料界面層的接觸電阻分析。

以下分享一些實際具體的極片膜電阻測試應(yīng)用案例。

應(yīng)用案例1：極片配方開發(fā)與優(yōu)化（導(dǎo)電劑異常判定）

極片工藝開發(fā)中導(dǎo)電劑的分散情況受原料配方、攪拌條件、涂布、干燥條件等眾多復(fù)雜工藝控制參數(shù)影響，導(dǎo)電劑分散不均將極大惡化電芯動力學(xué)性能，很難通過諸如極片粘結(jié)力、色度、外觀等監(jiān)控手段發(fā)現(xiàn)，往往容易被忽略，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。而極片膜電阻測試能夠評估導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)，如圖1所示，理想的導(dǎo)電劑分布應(yīng)該是團(tuán)聚體充分均勻分散開，并包覆在活性物質(zhì)顆粒表面，確保電子能夠傳遞到電極/電解液界面每一處，參與電極反應(yīng)。在極片生產(chǎn)中測試極片膜電阻數(shù)據(jù)，通過正常工藝過程累積一定數(shù)據(jù)量之后，就可以確定膜電阻的管控范圍，從圖1可見，導(dǎo)電劑團(tuán)聚分布時極片電阻明顯升高。當(dāng)某一個批次出現(xiàn)導(dǎo)電劑分散異常的情況時，通過極片膜電阻能夠容易鑒別，剔除不良品。

圖1 導(dǎo)電劑團(tuán)聚分布異常導(dǎo)致極片膜電阻增高

應(yīng)用案例2：涂碳箔材工藝開發(fā)評估

利用功能涂層對電池導(dǎo)電基材進(jìn)行表面處理是一項突破性的技術(shù)創(chuàng)新，涂碳鋁箔就是將分散好的納米導(dǎo)電石墨和碳包覆粒，均勻、細(xì)膩地涂覆在鋁箔上。它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅度降低材料和集流之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結(jié)劑的使用量，可以顯著的改善界面的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了鋰離子電池長循環(huán)的穩(wěn)定性，進(jìn)而使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升。對于底涂功能涂層的集流體及對應(yīng)的極片電阻都能有效測試并將各部分的電阻區(qū)別出來，為技術(shù)開發(fā)提供有力保障;極片電阻測試能有效測量并精準(zhǔn)區(qū)分微量涂布設(shè)計引起的差異。如圖2所示，集流體底涂功能涂層時，不同涂布工藝對應(yīng)的極片膜電阻不同，這些數(shù)據(jù)可以有效評估涂碳箔材的配方與工藝，評價功能涂層的性能。

圖2 集流體底涂功能涂層時，不同涂布工藝對應(yīng)的極片膜電阻

應(yīng)用案例3：極片存儲可靠性評估

對于鎳基材料，顆粒表面會發(fā)生自發(fā)反應(yīng)，Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，釋放O2-，當(dāng)鎳含量高的材料(NMC622、NMC811、NCA等)暴露在空氣中時，更容易吸收空氣中的二氧化碳和水，發(fā)生反應(yīng)在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層，材料中Ni比例高，PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，又不具備電化學(xué)活性，因此會造成容量衰減，而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴(kuò)散，影響電池性能。LiOH也會與PVDF和LiPF6反應(yīng)，對電池工藝和性能產(chǎn)生不利影響。材料與空氣的反應(yīng)會在原材料保存、電極制備、極片存儲等整個過程進(jìn)行，因此，對于高鎳材料，從原材料到整個電池生產(chǎn)過程都需要嚴(yán)格的環(huán)境控制。通過研究極片在不同濕度存儲后的膜電阻值，可以生產(chǎn)確定工序控制時間做數(shù)據(jù)支撐。圖3是NMC811極片在不同環(huán)境下存儲膜電阻的演變實例，由此可以看出，811極片的存儲濕度越低，膜片電阻變化越穩(wěn)定性，因此，811體系的生產(chǎn)控制濕度應(yīng)該盡可能低。

圖3 NMC811極片在不同環(huán)境下存儲膜電阻的演變

應(yīng)用案例4：原材料來料批次異常評估

極片膜電阻導(dǎo)入品質(zhì)管理，作為來料檢測方法，可降低生產(chǎn)風(fēng)險、提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品可靠性。圖4是實際案例，某生產(chǎn)批次開始電芯DCR(70%SOC)增大異常，針對此異常，抽取不同批次正極來料(包含正常與不正常組)進(jìn)行極片電阻測量，發(fā)現(xiàn)異常來料組的極片電阻相比于正常組別明顯偏高。

圖4 電池DCR異常與原始極片的膜片電阻、電池阻抗RS的對應(yīng)關(guān)系

應(yīng)用案例5：極片涂層電導(dǎo)率估算

基于膜片電阻數(shù)值，通過線性擬合可計算出材料的真實電導(dǎo)率，為產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)保障。如圖5所示實際案例，可以看出：(1)LCO正極膜片電阻與極片的涂布重量(厚度)呈明顯的線性關(guān)系;(2)通過相同測試壓力下電阻的線性擬合，可以推算出陰極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率為2.73 S/m。

圖5 鈷酸鋰正極片膜電阻與面密度(厚度)的關(guān)系

應(yīng)用案例6：不同生命周期的極片電阻與壓力敏感性分析

采用兩探針方法測試極片整體電阻時，測試加載壓力會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響，一般地，測試加載壓力升高，電極膜電阻降低，達(dá)到一定值之后，測試結(jié)果與壓力無關(guān)。輥壓后極片、組裝電池后新鮮極片、以及經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)的極片等在不同生命周期時，表現(xiàn)出不同阻值及測試加載壓力敏感差異，通過膜片的壓力敏感差異，可計算出不同生命周期極片的膨脹厚度變化差異，為極片及鋰電池分析的評估提供了新的測量表征方法。

圖6 輥壓后(AF calender’)、組裝電池后(Fresh)、以及經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)(100cls、300cls)的正負(fù)極極片與測試加載壓力的關(guān)系