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集流體作為鋰離子電池內(nèi)部導(dǎo)通電子和承載活性物質(zhì)的載體，對電芯的最終性能有著重要作用。鋁箔是最常用的正極集流體，為了提升電極的倍率、循環(huán)和使用壽命，在鋁箔表面涂布一些導(dǎo)電涂層，可有效改善集流體與活性顆粒的界面接觸電阻，且提高活性物質(zhì)與集流體的粘結(jié)強(qiáng)度，減小電極循環(huán)過程中的活性顆粒剝落問題。涂炭鋁箔的涂層一般通常包括導(dǎo)電炭黑、石墨烯、碳納米管等，涂炭層的配方、涂層厚度、涂布均勻度等也會(huì)影響底涂效果1。

本文采用極片電阻測試方法，比對不同配方和不同涂布厚度的涂炭鋁箔的電阻差異，分析其底涂極片的均勻性。

圖1.涂炭集流體對電芯性能的影響示意圖1

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：極片電阻儀，型號BER1300（IEST元能科技），電極直徑14mm，可施加壓強(qiáng)5~60MPa。設(shè)備如圖2(a)和(b)所示。

圖2. (a）BER1300外觀圖；（b）BER1300結(jié)構(gòu)圖

1.2 待測樣品：三種配方的底涂材料，兩種不同厚度的涂炭鋁箔，空鋁箔、涂炭鋁箔與涂敷活性材料后的極片。

1.3 測試方法：將待測極片樣品剪切成約5cm×10cm的長方形尺寸，放置于樣品臺(tái)上，在MRMS軟件上設(shè)置測試壓強(qiáng)、保壓時(shí)間等參數(shù)，開始測試，軟件自動(dòng)讀取極片厚度、電阻、電阻率、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。

2、數(shù)據(jù)分析

對不同配方的涂炭鋁箔進(jìn)行測試，空鋁箔的厚度均為10μm，兩種涂炭層的厚度分別為7μm和4μm，測試的極片電阻如圖3（a）和（b）所示，可發(fā)現(xiàn)不同配方的涂炭鋁箔的電阻相差很大，可從幾十mΩ~幾十Ω，且從單張極片的不同位置的電阻均勻上看，不同工藝的涂炭鋁箔的均勻性也有很大差異，如4μm-R(Ω)-1和7μm-R(Ω)-1這兩個(gè)涂炭鋁箔的電阻箱線圖較寬，說明不同位置的電阻均勻性較差，這與涂層太薄，有可能出現(xiàn)漏涂或者炭材料分布不均有關(guān)1。

分析圖3（c）中的數(shù)據(jù)可看出，空鋁箔的導(dǎo)電性最好，當(dāng)增加了涂炭層和活性材料后，采用兩探針原理測試出的極片電阻率均逐漸增大，這說明涂層的加入，會(huì)引入顆粒之間的接觸電阻，使得電子的導(dǎo)電性減弱。雖然一般認(rèn)為在鋁箔表面增加涂炭層后會(huì)提升電極的導(dǎo)電性，這主要是由于涂炭層增加了鋁箔的表面粗糙度，使活性材料顆粒與集流體的接觸更好，但若涂層的厚度較厚或者涂布均勻性太差，也會(huì)影響活性材料涂層電極的導(dǎo)電均勻性。

圖3. (a）涂炭層厚度為4μm的箔材電阻

（b）涂炭層厚度為4μm的箔材電阻

（c）三種不同狀態(tài)的電極電阻率

圖4.涂炭黑鋁箔的表面形貌示意圖1

總之，活性材料和金屬集流體之間增加有效的中間層，其作用除了改善界面接觸電阻，還具有以下幾點(diǎn)潛在的協(xié)同效益：

(1) 化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定的導(dǎo)電層可以作為一種有效的擴(kuò)散屏障，阻止由于電解質(zhì)分解和/或鋰離子嵌入反應(yīng)過程中副反應(yīng)產(chǎn)生的氧的擴(kuò)散，有效地防止金屬集流體表面上形成氧化層，從而防止降解; 

(2) 合理配方的導(dǎo)電層具有較好的導(dǎo)電性，可以形成大面積的接觸，集流體和活性涂層界面電阻低，從而有利于快速的電荷轉(zhuǎn)移過程；

(3) 導(dǎo)電層的柔韌性和機(jī)械緩沖性可以增強(qiáng)物理界面的附著力，從而最大限度地減少長期循環(huán)反應(yīng)過程中界面處產(chǎn)生的應(yīng)力引起的接觸面積逐漸喪失而產(chǎn)生的相關(guān)問題。通過設(shè)計(jì)和開發(fā)獨(dú)特的導(dǎo)電涂層，實(shí)驗(yàn)證明了導(dǎo)電界面層可以顯著提高電化學(xué)性能，例如比可逆容量、容量保持率、倍率性能等。

3、總結(jié)

涂炭鋁箔是目前逐漸被各類電池廠家選擇使用的一種正極集流體，對涂炭鋁箔不同配方、工藝的評估也對集流體的開發(fā)有著重要作用。通過測試涂炭鋁箔的電阻參數(shù)，可以幫助評估配方和工藝的差異，同時(shí)能夠幫助鋰電研發(fā)人員監(jiān)控底涂工藝的穩(wěn)定性。

4、參考文獻(xiàn)

1.Busson, C, Blin, M.A., Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D., & Lestriez, B. (2018). A primed current collector for high performance carbon-coated LiFePO4 electrodes with no carbon additive. Journal of Power Sources, 406, 7-17.

2.陳鵬, 任寧, 姬學(xué)敏, 等. 涂炭鋁箔在石墨/磷酸鐵鋰電池中的應(yīng)用研究[J]. 新能源進(jìn)展, 2017, 5(2): 157-162.

3.李敏,等.涂碳鋁箔對磷酸鐵鋰電池性能的影響[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2020,9(6),1714-1719.