电芯拆解前后极片电阻分析

在电芯失效阐发进程中，对电芯拆解前后的极片进行各种机能表征阐发是最常见的阐发方式1，但拆解后的极片因为外面残留的电解液、副产品、析出的锂等各种物资的影响，使研讨职员在阐发活性资料的变化时会受到必定水平影响，为了撤除外面的副产品，一样平常会采纳DMC溶剂进行浸泡，但这种方式有文献报道发现，它会影响PVDF的溶胀，从而影响极片的机器机能2。当我们阐发电芯的DCR与极片的电阻联系关系性时，也要注意拆解前后极片外面状况的变化，本文对分歧SOC状况的极片进行电阻表征，摸索电芯拆解对电阻测试的影响水平，从而为研讨职员表征拆解的极片机能提供借鉴办法。

图1.电芯拆解阐发示意图1

1. 试验装备与测试办法

1.1 试验装备：型号BER1300（IEST元能科技），电极直径14mm。装备如图2（a）和2（b）所示。

图2. (a）BER1300外观图；（b）BER1300布局图

1.2 测试办法：在手套箱内拆解分歧SOC状况的石墨||NCM电芯（理论容量2.4Ah,3~4.25V）,部门极片颠末DMC浸泡约2h后天然晾干，然后施加5MPa的压强测试极片电阻。

2. 电芯DCR与极片电阻联系关系性探讨

2.1 电芯DCR阐发

对电芯在充放电进程中进行分歧SOC的DCR直流内阻测试，采纳1.5C倍率放电10s，分离阐发1s和10s的DCR变化趋向。从图4的成果可看出，跟着SOC的赓续增年夜，1s和10s的DCR都出现出“浴盆曲线”的趋向。在脱/嵌锂进程中，因为电极资料的晶体布局变化和均衡电势曲线等资料自己特征，电阻成果与SOC状况具有明显相关性。在中段SOC状况下，资料的电势区域稳固，电池电压变化幅度小，表示出电池阻抗更低，而0%和90%SOC时，资料均衡电势敏捷变化，表示出高电阻。

图3.电芯DCR测试流程

图4.电芯分歧SOC对应的DCR变化趋向

2.2 电芯拆解前后极片电阻阐发

对分歧状况的正负极极片进行极片电阻测试，从图5（a）和（b）的电阻趋向可看出，干极片的电阻是最小的，且极片电阻的平均性也最好。拆解三种SOC的电芯，分离测试浸泡DMC前后的极片电阻，成果注解10%和90%SOC状况的极片电阻均年夜于50%状况的极片电阻，固然电池的内阻不仅包含电子传输阻抗、离子传输阻抗和电荷互换阻抗等，然则极片电子电阻测试成果与前面测试的电芯DCR趋向同等。另外，颠末DMC浸泡烘干后，极片的电阻均整体增年夜，此中负极的增年夜水平更多，且浸泡后极片电阻的COV也明显增年夜，阐明极片外面不平均水平加倍显著。对照正负极极片浸泡DMC前后的外面色彩变化，如图6所示，正极极片外面无显著变化，而负极极片外面的由本来的灰色物资变为白色物资，产生了显著的变化。是以，研发职员在对拆解后的极片进行各种表征阐发时，也要注意DMC洗濯对外面状况的影响。

图5. 分歧状况极片电阻测试成果

图6.拆解的正负极片浸泡DMC前后外面状况变化

由以上测试成果可知，原始新颖极片测试电阻最低，从电池中拆解的极片干燥后再次测试时电阻会增长。电池内部多孔电极孔隙内添补满电解液，电解液会使极片产生以下几点变化：（1）颗粒之间的介电常数产生转变，可能会壅闭电子传输，电子穿过固体颗粒的间隙地道可能必要更高的局部电场；（2）粘合剂溶胀，绝缘的粘结剂溶胀会导致细小的导电碳颗粒错位，导致更年夜的间隙，破坏导电收集，是以，粒子之间电阻增长；(3) 颗粒外面电解质膜天生，电解液与固体颗粒在充电时天生固体电解质界面膜，这也会增长电阻。当极片采纳DMC浸泡之后，极片电阻会进一步增长。这主要除了导致粘结剂溶胀外，溶剂还会浸泡失落颗粒外面残留锂盐、界面膜、副产品等，使所形成的的稳固导电收集被破坏，电阻进一步增长。

3. 总结

本文对分歧SOC状况的电芯DCR以及极片电阻进行表征，发现电芯DCR的变化趋向与极片电阻的变化趋向是同等的，且干极片与拆解极片以及浸泡DMC后的极片外面状况会有显著差别，从而导致极片电阻的绝对值和平均性也有显著差别，尤其是负极极片的差别加倍显著。是以，锂电研发职员在进行拆解极片阐发时，要注意极片外面副产品对测试成果的影响，也要注意DMC浸泡进程对外面状况的影响。

4. 参考文献

1. Yulong Liu, Jessie Harlow, Jeff Dahn. Microstructural Observations of “Single Crystal” Positive Electrode Materials Before and After Long Term Cycling by Cross-section Scanning Electron Microscopy.Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 020512.

2. Christian Wendta, Philip Niehoffa, Martin Wintera, Falko M. Schappacher. Determination of the mechanical integrity of polyvinylidene difluoride in LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 electrodes for lithium ion batteries by use of the microindentation technique.Journal of Power Sources，391 (2018) 80–85.