极片的迁移评估
引言
本文将介绍，使用 HIOKI RM2610 电极电阻测试系统进行电阻测量，可对复合材料涂层内部迁移进行定量评估，支持更高可靠性的过程工艺管理。
背景
面向电动汽车 (EV) 及固定式储能系统的电池厂商，对于各电池电芯，除了更高能量密度、高输出功率、快充性能、长寿命之外，还提出了电芯之间品质均一，以及量产阶段制造品质稳定的要求。要实现这些目标，控制极片的内部结构至关重要。 干燥工序直接影响复合材料涂层内粘结剂和导电剂的分布，即使是干燥条件的细微差异，也会改变该分布，导致极片性能以及后续工序制备的电芯特性出现离散。 结构分析和元素分析虽能有效获取详细信息，但在反复进行工艺开发或直接比较工艺条件时并不一定适用。 迁移直接影响导电网络，集流体与复合材料涂层的接触电阻。因此RM2610输出的复合材料涂层电阻率及界面电阻的数值变化是反映电芯内部结构变化的直接指标。 |  |
课题
在干燥过程中若复合材料涂层内发生迁移，则无法形成符合设计要求的结构。在高温条件下会发生以下现象。
• 粘结剂向复合材料涂层表面移动
• 导电剂也随其迁移向上移动
其结果是极片在厚度方向产生不均匀的材料分布，进而引发以下问题。
• 极片一致性变差
• 集流体与复合材料涂层之间的附着力降低 ( 剥离等缺陷风险升高 )
• 电芯性能差异加剧 ( 输出性能及库仑效率下降 )
迁移机制
图 1 展示了干燥中发生的迁移过程。在 90° C 下，粘结剂和导电剂均匀分布。但在 150° C 下，粘结剂向上迁移。这一过程中，导电剂也被带向上方，集中在远离集流体的位置。这种再分布导致集流体与复合材料涂层之间的导电网络减弱、电接触恶化，界面电阻增加。
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图 1 迁移的模式图 |
测量方法及设备构成
RM2610 能够测量以下两项内容。
• 复合材料涂层电阻率
• 复合材料涂层与集流体之间的界面电阻
通过分离测量这两个参数，可以区分把握复合材料涂层内部发生的变化与界面发生的变化。 迁移会改变导电网络，因此这些测量值能够直接且定量地反映极片内部的结构变化。
图 2 显示了测量配置。
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图 2 RM2610 的测量配置 |
测量结果
图 3 显示了干燥温度与界面电阻的关系。
• 在 90° C 条件下，界面电阻约为 0.1 Ω•cm2
• 在 150° C 条件下，界面电阻增加至约 0.6 Ω•cm2
这表明干燥温度的差异导致界面电阻增加了约 6 倍。此外，150° C 时的数据波动也较大，说明高温条件下工艺稳定性下降。
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图 3 干燥温度与界面电阻的关系 |
测量结果与机制的对应关系
可以推测图 3 所示的界面电阻增加与图 1 中所示的迁移机制直接相关。
• 粘结剂及导电剂向上移动
• 集流体近旁导电材料减少
• 界面处电接触状态恶化
上述多重影响叠加，即可解释界面电阻升高这一现象。由此可见，电阻测量是检测工艺条件引起结构变化的直接有效手段。
导入优势
通过使用 RM2610，技术人员能够实现以下事项。
• 检测极片内的迁移
• 量化干燥条件的影响
• 直接比较工艺条件
• 减少工艺开发中的反复试验
• 提升极片制造的质量
能在流程开发的早期阶段识别结构性问题，所以技术人员可以做出更准确的判断。
总结
极片干燥过程中发生的迁移会引起极片内性能偏差，最终可能导致电芯性能下降。RM2610 可分离测量复合材料涂层电阻率与界面电阻。由此能够清晰且定量地把握结构变化。通过 RM2610 的测量，能够早期检测因工艺条件引起的波动，从而助力实现更有效的优化。
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