锂離子電池電阻是衡量電池性能的重要的指标之一， 锂離子電池電阻的大小直接影響锂離子電池的容量、循環壽命及安全性能，影響锂離子電池電阻的因素有電極材料、配方、電解液、塗布勻漿工藝、極片電阻等 ，其中極片電阻反映了電極材料性能及配方的優劣 。通過極片電阻測試結果，一方面可用于勻漿塗布工藝及配方的改進，實現對材料體系的快速評價，另一方面能及時篩選分類并剔除電阻值較大的極片，不使之流入單體制造的工序，提升終端産品質量。本文通過四探針和兩探針法測試極片電阻，探究兩種測試方法對極片電阻測試結果的差異性。兩種測試方法原理圖如下：

圖1.（a）兩探針法原理圖 圖1.（b）四探針法原理圖

其中兩探針法測試時，端子置于樣品兩端，通過輸入交流電壓信号，采集樣品兩端的電流，從而得到樣品電阻，通過換算關系得到樣品電阻率；四探針法測試時四根探針置于樣品表面，通過輸入直流信号，采集探針間的電壓信号，通過換算關系得到樣品電阻率。

✦ 1.1 實驗設備

極片電阻儀，型号BER2500（IEST元能科技），電極直徑14mm，可施加壓強5~60MPa，設備外觀如圖2所示。

圖2.（a）BER2500外觀圖

圖2.（b）BER2500結構圖

✦ 1.2 測試方法

在MRMS軟件上設置測試壓強、保壓時間等參數，開始測試，軟件自動讀取極片厚度、電阻、電阻率、電導率等數據。

✦ 1.3 樣品信息

選取正極極片cathode-1、cathode-2，負極極片anode-1、anode-2，純膜樣品，鋁箔和銅箔，分别用兩探針和四探針法測試極片電阻。

✦ 2.1 帶箔材極片電阻測試分析

正極極片電阻測試時，從圖3(a)中可以看出，對于小電阻極片cathode-1，四探針法測試的極片電阻率（2.1^10-6Ω*cm）與純鋁箔電阻率（2.884^10-5Ω*cm）相差約10倍，但對于阻值較大的極片cathode-2而言，四探針測試的極片電阻率為1.3316Ω*cm，遠大于純鋁箔電阻率。圖3（b）中，極片cathode-1兩探針法測試的極片電阻率（1444.94Ω*cm）遠大于鋁箔電阻率（0.370026Ω*cm），同理對于大電阻極片cathode-2而言，兩探針法測得電阻率也遠大于鋁箔電阻率；從圖4(a)和(b)中可以看出，四探針和兩探針測試負極極片電阻率時，同樣也是對于小電阻極片，四探針法無法區分塗層的影響，隻有電阻大的樣品才能區分，而兩探針可明顯測出不同塗層與箔材的電阻差異。

圖3.（a）四探針法正極極片電阻測試

圖3.（b）兩探針法正極極片電阻測試

圖4.（a）四探針法負極極片電阻測試

圖4.（b）兩探針法負極極片電阻測試

✦ 2.2 無箔材純膜電阻測試分析

對幹法塗布的無箔材純膜樣品進行兩種方法電阻測試，從圖5可以看出：四探針法測試單層膜的電阻率（0.27Ω*cm）與雙層膜測試的電阻率（0.26Ω*cm）幾乎一樣，且遠大于純鋁箔電阻率（2.884^10-5Ω*cm）或者純銅箔（1.832^10-5Ω*cm），兩探針法測試單層膜的電阻率（1.27Ω*cm）與雙層膜測試的電阻率（1.23Ω*cm）也幾乎一樣，但兩探針的電阻率會大于四探針法。

圖5. 四探針&兩探針法純膜電阻測試

✦ 2.3 機理分析

兩種測試方法等效電路圖如圖6所示，圖a代表的是兩探針法測試極片電阻的電路圖，從圖中可看出電流電壓是施加在樣品垂直兩端，得到的是極片R接觸電阻、R塗層、R集流體的總電阻，再經過體電阻計算公式得到極片電阻率和電導率；圖b是四探針法測試極片電阻的電路示意圖，施加的電流是在樣品表面，所以電流走向可分為路徑1、2、3，當極片電阻較小時，電子大部分從路徑2通過，極少部分通過路徑1和3，測得的極片電阻與箔材電阻較近，當極片電阻較大時，電子往路徑1通過的概率有所增大，此時測試的電阻值也增大，且用四探針法測試極片電阻時，由于測出絕對值較小，甚至到了μΩ級别，對儀表精度、量程及系統的壓力控制穩定性要求也高，因此難以得到穩定的數據。綜上所述，表征極片這種複合層級的電阻時，選兩探針法比較合适。

圖6.（a）兩探針法電路示意圖

圖6.（b）四探針法電路示意圖

本文對比四探針和兩探針法極片電阻的差異，結果可知，測試帶箔材的極片樣品時，四探針法測試的電阻值遠小于兩探針法，且有時測出的電阻會幾乎接近箔材的電阻，無法區分塗層的影響，另外由于四探針測出的數值很小，對儀表精度、量程及系統的壓力控制穩定性要求也高，因此難以得到穩定的數據，隻有測試不帶箔材的塗覆層時，電阻數值才在歐姆級别。而兩探針法測試得到的是極片的穿透總電阻，可顯著區分塗層的差異，适合測試锂電以及超級電容器所有類型的極片。

參 考 文 獻

1. Hiroki Kondo et al. Influence of the Active Material on the Electronic Conductivity of the Positive Electrode in Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 2019,166 (8) A1285-A1290

2. B.G. Westphal et al. Influence of high intensive dry mixing and calendering on relative electrode resistivity determined via an advanced two point approach. Journal of Energy Storage 2017, 11, 76–85

3. Nils Mainusch et al. New Contact Probe and Method to Measure Electrical Resistances in Battery Electrodes Energy Technol. 2016, 4, 1550-1557

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