前言

本文主要介紹使用HIOKI電極電阻測量系統RM2610，來測量電極片敷料層內的分布情況進行定量評估，提供更高可靠度的流程管理。

背景

EV與固定式儲能系統用的電池製造商，目前正對各種電池的電芯進行更高能源密度、高輸出化、急速充電功能、長壽命、電芯間品質均等品質的改善，並在量產時也能保持一貫的製造品質。為了實現這些，電極片內部構造的控制是不可或缺的。乾燥工程中會直接影響敷料層中的黏著劑與導電助劑的分布。乾燥條件就只有些微的不同，這個分布也會有變化，導致電極片的性能或是後續工程獲得電芯的特性有所差異。構造解析與元素分析雖然可以獲得詳細的情報，但並不適用於在開發過程中需要反覆進行或直接比較的場合。
此分布會直接對導電網與集電體、敷料層的接觸電阻有所影響。使用RM2610測量，輸出的敷料層電阻率或是介面電阻的數值變化，可以成為直接表示內部構造變化的指標。

課題

乾燥過程中導致敷料層內的分布與原先設計的構造不相同。
高溫條件下會引起以下現象。

• 黏著劑移動到敷料層的表面
• 導電助劑也會因為黏著劑跟著移動到上方

導致電極片的厚度、方向發生不均等的情況，導致以下問題。

• 電極片的波動
• 集電體與敷料層的密著性能下降(增加剝離與缺陷的風險)
• 電芯的性能差異增加(輸出性能或是複製的效率下降)

分布的機制

下圖1顯示了乾燥過程中的分布情況。在90°C的情況下，黏著劑與導電助劑會均勻分布。但另一方面，溫度上升到150°C時，黏著劑會向上方移動，伴隨其移動，導電助劑也會被拉到上方，出現在離開集電體的位置集中。這個再分布會導致集電體與敷料層的導電網路減弱，電氣的接觸惡化，並導致介面電阻增加。

圖1　分布的模式圖

測量方法與機器構成

RM2610可以做到以下兩種測量。

• 敷料層的電阻率
• 敷料層與集電體間的介面電阻

透過分開測量這兩個參數，就可以詳細把握敷料層內部所發生的變化，以及在介面產生的變化。分布情況會導致導電網產生變化，這個測量值會直接且定量顯示電極片內部的構造變化。
下圖2為測量構成圖。

圖2　RM2610的測量構成

測量結果

圖3顯示了乾燥溫度與介面電阻的關係。

• 90°C的情況下介面電阻約0.1 Ω·cm²
• 150°C的情況下介面電阻約0.6 Ω·cm²

下圖顯示了因乾燥溫度而導致介面電阻增加約6倍的情況。另外，150°的數據中，這個波動差異會更大，表示在高溫情況下整體流程的穩定性會下降。

圖3　乾燥溫度與介面電阻的關係

測量結果與對應

上圖3所顯示，介面電阻的增加，可推測對應圖1所顯示的分布情況。

• 黏著劑或是導電助劑移動到上方
• 集電體附近的導電材料的減少
• 介面的電氣接觸惡化

以上這些綜合因素影響可以說明介面電阻為何會上升。也可以確認電阻測量確實是可以檢測出流程條件變化而導致構造變化的直接手法。

導入優勢

使用RM2610可實現以下優點。

• 檢出電極片中的分布情況
• 乾燥條件影響的定量化
• 直接比較流程條件
• 減少流程開發與測試錯誤時間
• 提升電極片製造的品質

能夠在開發流程的早期階段就能把握構造上的問題，使技術人員可以更加快速地進行判斷。

結語

電極片乾燥過程中發生的分布變化，會引起電極片內的特性產生波動，最終可能會導致電芯的效能低下。RM2610能夠將敷料層電阻率與介面電阻分開測量。如此一來，可以明確且定量的掌握構造變化。透過RM2610的測量可以早期檢測出流程條件導致的波動，支援更加快速的開發程序。

更多產品的詳細資訊，請參考官網產品頁面：電極電阻測量系統RM2610