探究四探针和两探针法测试极片电阻之不同
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发布时间：2024-12-21 14:57
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锂离子电池电阻作为电池性能的关键指标，其大小直接影响电池容量、循环寿命及安全性。极片电阻作为关键因素，反映了电极材料性能及配方的优劣。通过测试极片电阻，可以实现对材料体系的快速评价，并及时筛选并剔除电阻值较大的极片，以提升终端产品质量。本文旨在探究四探针与两探针法在测试极片电阻方面的差异性。
四探针与两探针法原理图如下所示：
图1.（a）两探针法原理图 图1.（b）四探针法原理图
两探针法测试时，端子置于样品两端，输入交流电压信号，采集样品两端电流，得到样品电阻；四探针法则通过四根探针置于样品表面，输入直流信号，采集探针间电压信号，计算得到样品电阻。
实验设备与测试方法：
实验设备为型号BER2500的极片电阻仪，具备14mm电极直径和5~60MPa可施加压强的特性。通过MRMS软件设置测试压强、保压时间等参数，自动读取极片厚度、电阻、电阻率、电导率等数据。
选取正极极片cathode-1、cathode-2，负极极片anode-1、anode-2，纯膜样品，铝箔和铜箔，分别采用两探针和四探针法测试极片电阻。
实验数据分析：
对于带箔材极片，正极极片cathode-1使用四探针法测试，极片电阻率约为2.1^10-6Ω*cm，远小于纯铝箔电阻率（2.884^10-5Ω*cm），而对阻值较大的极片cathode-2而言，四探针法测试的电阻率远大于纯铝箔电阻率。两探针法测试正极极片cathode-1，极片电阻率远大于铝箔电阻率，对于大电阻极片cathode-2同样适用。负极极片测试时，四探针法对于小电阻极片无法区分涂层影响，仅大电阻极片能区分，而两探针法可明显测出涂层与箔材的电阻差异。
无箔材纯膜样品测试中，四探针法测试单层膜电阻率（0.27Ω*cm）与双层膜（0.26Ω*cm）几乎相同，远大于铝箔电阻率（2.884^10-5Ω*cm）或铜箔（1.832^10-5Ω*cm）。两探针法测试单层膜电阻率（1.27Ω*cm）与双层膜（1.23Ω*cm）也几乎相同，但两探针法的电阻率大于四探针法。
机理分析：
两探针法测试电路图中，电流电压施加在样品垂直两端，得到的是极片的总电阻，通过体电阻计算公式得到电阻率和电导率。四探针法测试电路示意图中，电流在样品表面施加，电流走向分为路径1、2、3。极片电阻较小时，电子主要通过路径2，极片电阻较大时，电子通过路径1和3的概率增加，导致测试的电阻值增大。四探针法测得极片电阻数值较小，对仪表精度、量程及系统的压力控制稳定性要求较高，难以获得稳定数据。因此，对于复合层级极片，两探针法更为合适。
实验总结：
本文对比了四探针与两探针法在极片电阻测试方面的差异，发现测试带箔材极片时，四探针法的电阻值远小于两探针法，且有时接近箔材电阻，无法区分涂层影响。四探针法在极片电阻较低时，测试结果受仪表精度、量程及系统压力控制稳定性的影响，难以获得稳定数据。而两探针法则能显著区分涂层差异，适用于锂电及超级电容器所有类型的极片测试。
参考文献
