德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)的Bastian Georg Westphal介紹了一種快速簡易的兩點(diǎn)法裝置（ATPM），用于測試電池制備過程中的極片電阻率的相對大小，并探究了影響測試結(jié)果的一些因素，包括測試壓力、加載電流、極片表面光潔度、輥壓條件、干混強(qiáng)度等，為鋰電工藝研究人員進(jìn)一步理解極片工藝和監(jiān)控工藝穩(wěn)定性提供了強(qiáng)有力支撐。

測量原理

圖1.雙面極片測試示意圖和測試裝置圖

將雙面涂布的極片置于上下電極之間，對電極施加一定的電流，測試電極兩端的電壓，從而計算出樣品的電阻，該電阻包括接觸探針的電阻、探針-涂覆層的界面接觸電阻、涂覆層本身的電阻、涂覆層-集流體的接觸電阻以及集流體本身的電阻，如公式（1）所示。該方法雖然仍無法排除探針-涂覆層的界面接觸電阻，但它相比四探針方法來說，仍然有如下優(yōu)點(diǎn)：1.接近應(yīng)用時電子傳輸?shù)恼鎸?shí)路徑；2.測出的結(jié)果是一個單值，包含了涂覆層中所有的電阻成份；3.很容易搭配任意壓力裝置盡心測試。

本文中提到兩種測試探針：ATPM和TPPP。其中ATPM為Advanced two point method，TPPP為Two point powder probe method，兩種方法的測試參數(shù)如下：

計算極片電阻率的公式為：

測試樣品信息

本文中測試的樣品均為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按照一定的配方和工藝涂布的單面極片，信息如下表所示。

結(jié)果分析

1.測試參數(shù)的影響

測試極片電阻時，電極兩端施加的電流和壓力會影響電阻率的絕對值。當(dāng)對三種不同種類的極片施加0.1/1/10/20mA的電流時，LFP極片的電阻率基本保持不變，而NCM1極片電阻率在1mA以上的電流時基本不變，而Gr1極片的電阻率需要在10mA以上的電流時才能保持不變，且三種極片的電阻率大小趨勢與文獻(xiàn)中報道的三種材料的電阻率趨勢一致。

石墨極片受電流影響較大主要是因?yàn)槭旧淼牡碗娮杪蕰r托得寄生電阻率更高，因此需要較大的電流來減小界面電壓降造成的影響。綜合以上因素，作者認(rèn)為10mA是對三種極片都合適的測試電流。

圖2.加載電流對極片電阻率的影響

施加的壓力也會影響極片電阻率的大小。隨著施加壓力的增大，可以看到NMC1和Gr1的電導(dǎo)率均隨著施加壓力的增大而降低，這一方面是因?yàn)閴毫Φ脑龃鬁p小了探頭與涂覆層的界面接觸電阻，另一方面是施加壓力會減小極片的厚度從而縮短導(dǎo)電路徑，因此在不考慮改變極片本身的導(dǎo)電路徑的情況下應(yīng)該盡量選取較小的測試壓力，綜上所述，作者認(rèn)為350kPa是一個合適的施加壓強(qiáng)。

圖3.測試壓強(qiáng)對極片電阻率的影響

2.輥壓的影響

極片在涂布到集流體上后都要經(jīng)過一定壓力的輥壓以保證界面與涂覆層、涂覆層的顆粒之間接觸較好。作者采用ATPM和TPPP兩種探頭對不同輥壓壓力（不同壓實(shí)密度）的極片進(jìn)行電阻率測試，發(fā)現(xiàn)ATPM方法測得的電阻率值是TPPP方法測試值的12倍左右，這是由于寄生電阻造成的影響，雖然壓實(shí)密度越大，極片表面的光澤度越高，但從不同壓實(shí)密度的極片電阻率趨勢來看，這兩種方法的測試值始終都相差12倍，說明ATPM的測試結(jié)果趨勢是可以用來參考的。

另外，電阻率的變化趨勢是隨著壓實(shí)密度的增大會先稍微增加再下降，增加的原因主要是因?yàn)闃O片經(jīng)過輥壓后，側(cè)向剪切應(yīng)力在移動活性材料顆粒時帶動導(dǎo)電碳的稍微團(tuán)聚，從而破壞一部分導(dǎo)電路徑，因此涂覆層的導(dǎo)電性稍微變差，若繼續(xù)增大輥壓壓力，涂覆層的顆粒之間的接觸變得更好，且涂覆層與箔材的接觸面積也會增大，如輥壓前后鋁箔表面的凹坑增多也正說明了輥壓壓力的增大會減小涂覆層與集流體的界面接觸電阻，從而極片整體電阻率降低。

圖4.不同輥壓壓力條件的極片電阻率影響

3.高強(qiáng)度干混的影響

使用Gr2作為活性材料，與導(dǎo)電炭黑進(jìn)行干混分散，攪拌強(qiáng)度Fr-t值會影響電極的電阻率，從電阻率趨勢來看，F(xiàn)r-t為75時電極的電阻率最小，導(dǎo)電性最好，這主要是由于較小或較大的攪拌強(qiáng)度都可能是導(dǎo)電炭黑與活性材料的分散與接觸變差，從而影響導(dǎo)電路徑。

圖5.不同干混強(qiáng)度對極片電阻率影響

總結(jié)

本文提出的兩點(diǎn)法測試極片電阻率是從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，更為簡單快速的評估極片工藝性能的方法，它比四探針法更適合測試鋰離子電池極片極片電阻。測試壓強(qiáng)、加載電流、輥壓壓力、干混強(qiáng)度等均會影響電阻率的絕對值，因此需要選擇合適的參數(shù)才能得到穩(wěn)定的測試結(jié)果用于指導(dǎo)工藝開發(fā)。