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硅材料粉體在不同測(cè)試方法下導(dǎo)電性能對(duì)比

利電 2024-12-20 | 閱讀：953

一、背景

硅材料在鋰離子電池中主要用作負(fù)極材料。與石墨材料組成硅碳復(fù)合材料，其比容量和抗壓性較傳統(tǒng)石墨烯材料優(yōu)勢(shì)更加顯著，是實(shí)現(xiàn)高能量密度儲(chǔ)能電池的關(guān)鍵材料。

粉末材料性能與電池容量、倍率及安全性能密切相關(guān)，而粉末材料電阻率是粉末性能評(píng)估的關(guān)鍵參數(shù)之一。粉末材料電阻率常用的測(cè)定方法有兩探針和四探針兩種方式（如圖1），兩探針法的測(cè)試電極分別置于樣品上下兩側(cè)，通過(guò)施加激勵(lì)電流，檢測(cè)樣品上下兩側(cè)的電壓，最終得到樣品的整體電阻，并可通過(guò)樣品成型尺寸換算得到樣品的電阻率；四探針法的測(cè)試電極置于樣品同側(cè)，通過(guò)在外電極施加激勵(lì)電流，內(nèi)電極檢測(cè)電壓，實(shí)現(xiàn)粉末材料表面電阻率的測(cè)定。

圖1 粉末材料電阻率測(cè)定方法

左：兩探針右：四探針

一般情況下，大電阻值材料使用兩探針模式測(cè)試，小電阻值材料使用四探針模式測(cè)試，我們使用FDM-1650產(chǎn)品，對(duì)同一種硅材料進(jìn)行兩探針與四探針兩種不同測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，可以對(duì)比出不同測(cè)試方法下測(cè)得硅材料導(dǎo)電性的差異。

二、測(cè)試方法

測(cè)試樣品：納米硅；

測(cè)試原理：兩探針模式、四探針模式；

測(cè)試參數(shù)：實(shí)驗(yàn)面積78.54mm²，樣品量0.2g，采用變壓模式進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試壓強(qiáng)范圍：3-500MPa，壓強(qiáng)步進(jìn)20MPa，保壓時(shí)間10S。

測(cè)試結(jié)果分析：

圖2 兩種方法下電阻率隨壓強(qiáng)的變化

表1 兩種測(cè)試方法下硅材料的電阻率

以上數(shù)據(jù)表明在使用兩種測(cè)試方法測(cè)得的電阻率均隨壓力的增大而呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，且趨勢(shì)一致（如圖2所示）。在平行測(cè)試過(guò)程中，兩探針模式下測(cè)得的COV明顯低于四探針模式，這也反映了大電阻樣品更適用于用兩探針模式來(lái)進(jìn)行測(cè)試。因此，用戶可根據(jù)不同樣品類型的測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性選擇合適的測(cè)試方法。

三、結(jié)論

選擇合適的測(cè)量方法及測(cè)試條件對(duì)粉末材料電阻率進(jìn)行測(cè)定，可有效評(píng)估粉末制成工藝的穩(wěn)定性，同時(shí)幫助研發(fā)人員提前預(yù)估成品電芯的內(nèi)阻及倍率性能，有效加快研發(fā)進(jìn)度。

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