Elektrodenwiderstandstestparameter auf Ionenbasis

Die Bewertung der Beschichtungsgleichmäßigkeit der positiven und negativen Elektroden ist ein wichtiger Überwachungspunkt im Batterieproduktionsprozess. Wenn die Gleichmäßigkeit der Elektrodenbleche nach dem Beschichten oder Walzen schlecht ist, wirkt sich dies erheblich auf die Leistungskonstanz der Back-End-Zellen aus. Derzeit besteht die häufig verwendete Methode zur Bewertung der Beschichtungsgleichmäßigkeit des Polstücks hauptsächlich in der Überwachung der Dicke, Qualität und des Widerstands sowie der Auswahl von Testparametern für den Elektrodenschichtwiderstand (Membranwiderstand) wie Testdruck und Druckhaltezeit Da es für die Stabilität der Messergebnisse äußerst wichtig ist, schlägt dieses Papier einen geeigneteren Testparameter vor, der auf den spezifischen Testdaten des Elektrodenschichtwiderstands basiert, um die Genauigkeit und Stabilität der Testdaten sicherzustellen.

Abbildung 1. Schematische Darstellung des Polschuh-Widerstandstests

1. Laborausrüstung

Gerätemodell: BER2500 (IEST), Elektrodendurchmesser 14 mm. Die Ausrüstung ist in den Abbildungen 2(a) und 2(b) dargestellt.

2. Datenanalyse

Wir haben In-situ-Dicken- und Widerstandstests an den positiven und negativen Elektroden nach dem Walzen unter unterschiedlichen Drücken (5–60 MPa) durchgeführt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Testdruck die Der Widerstand der positiven und negativen Elektroden nimmt kontinuierlich ab und die maximale Dicke der positiven Elektrode ändert sich um etwa 4 μm und die maximale Dicke der negativen Elektrode ändert sich um etwa 25 μm. Während der Prüfung ist es erforderlich, den Zustand der zu prüfenden Probe möglichst nicht zu beeinträchtigen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Prüfelektrode in engem Kontakt mit der Probe steht. Daher empfehlen wir, dass der Prüfdruck des positiven Elektrodenteils 25 MPa beträgt und der negative Elektrodenteil 5 MPa beträgt.

Abbildung 3. Testergebnisse des Widerstands und der Dicke von positiven und negativen Elektroden unter verschiedenen Druckbedingungen

Als nächstes haben wir die geeignete Druckhaltezeit weiter untersucht und die Widerstands- und Dickendaten der positiven und negativen Elektroden 100 Sekunden lang ununterbrochen unter dem gleichen Druck getestet, wie in Abbildung 4 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass dies der Fall ist Mit zunehmender Zeit nimmt der Widerstand der positiven und negativen Elektroden kontinuierlich ab und die maximale Dicke der positiven Elektrode variiert um nicht mehr als 1 μm und die maximale Dicke der negativen Elektrode variiert um etwa 1,5 μm. Während des Tests ist es notwendig, die Testzeit so weit wie möglich zu verkürzen, die Testeffizienz zu verbessern und gleichzeitig die Stabilität der Testdaten sicherzustellen. Daher empfehlen wir, die Druckhaltezeit der positiven und negativen Elektroden mit 15 s zu wählen.

Abbildung 4. Testergebnisse des Widerstands und der Dicke von positiven und negativen Elektroden unter verschiedenen Haltezeitbedingungen

Unter Verwendung der oben genannten Testbedingungen haben wir 10 positive Polstücke ausgewählt, um eine MSA-Analyse an den Geräten durchzuführen. Da nach der Prüfung nicht jede Position des Polstücks wiederverwendet werden kann, handelt es sich um eine zerstörende Prüfung. Wir haben uns für die verschachtelte GR&R-Forschung entschieden. Die Ergebnisse sind in Abbildung 5 dargestellt. Sie zeigt, dass die Wiederholbarkeit und Unterscheidbarkeit der Geräte auf einem hervorragenden Niveau liegt.

Abbildung 5. GR&R-Analyse des Elektrodenschichtwiderstandsmessgeräts

3. Zusammenfassung

Durch die Untersuchung der Testparameter (Druck und Haltezeit) des Elektrodenwiderstands empfehlen wir 25 MPa für die positive Elektrode, 5 MPa für die negative Elektrode und eine Haltezeit von 15 s für sowohl die Wiederholbarkeit als auch die Unterscheidbarkeit der erhaltenen Widerstandsdaten aus dem Test unter dieser Bedingung erreichte ein hervorragendes Niveau.

4. Referenzmaterialien

1.Serena W. Peterson und Dean R. Wheeler, Direkte Messungen des effektiven elektronischen Transports in porösen Li-Ion-Elektroden. Journal of The Electrochemical Society, 161 (14) A2175-A2181 (2014).

2.Hiroki Kondo et al. Einfluss des Aktivmaterials auf die elektronische Leitfähigkeit der positiven Elektrode in Lithium-Ionen-Batterien. Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (8) A1285-A1290

3.BG Westphal et al. Einfluss von hochintensivem Trockenmischen und Kalandrieren auf den relativen Elektrodenwiderstand, bestimmt über einen fortschrittlichen Zweipunktansatz. Journal of Energy Storage 2017, 11, 76–85