GB/T 45324-2025 英文版/翻译版 锂离子电池正极材料粉末电阻率的测定_探针_试样_测量

GB/T 45324-2025 英文版/翻译版 锂离子电池正极材料粉末电阻率的测定

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锂离子电池正极材料粉末电阻率的测定

1 范围

本文件描述了采用四探针法与两探针法测定锂离子电池正极材料粉末电阻率的方法 。 本文件适用于锂离子电池正极材料粉末电阻率的测定 。

2 规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文 件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于 本文件 。

GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件 。

3. 1

电阻率 resistivity

ρ

材料内部的电流电场强度和稳态电流密度之比 , 即单位体积内的体积电阻 。 [来源 :GB/T 40007—2021,3. 2]

3.2

四探针法 fourprobemethod

粉末材料预压成型 ,用四探针电阻率测量仪测量过程中 , 由于持续施压或保持压力恒定 ,待测样的 压实密度不断变化或保持静止不变 ,测量待测样在不同压实密度或同一压实密度下电阻率的方法 。

[来源 :GB/T 40007—2021,3. 3,有修改]

4 原理

4. 1 四探针法测试原理

如图 1所示将正极粉末材料填装至内衬绝缘试样模具中 ,模具试样上端面应与排列成直线的四探 针紧密接触 , 四探针应垂直压在试样上端面 。外侧探针 1 与探针 4之间通电流 , 内侧探针 2 与探针 3 之 间形成电压回路 。 当试样厚度 h>4l时 , 电阻率 ρ按照公式(1)计算 ; 当试样厚度 h≤4l时 , 电阻率 ρ按 照公式(2)计算 。

ρ= 2πl …………………………( 1 )

ρ= 2πl …………………………( 2 )

GB/T 45324—2025

式中 :

ρ — 试样的电阻率 ,单位为欧姆厘米(Ω · cm) ; π — 圆周率 ,3. 14;

l — 探针系数 ,单位为厘米(cm) ;

U1— 内侧两根探针(探针 2 与探针 3)所测的电压值 ,单位为伏(V) ;

I1 — 外侧两根探针(探针 1 与探针 4)所施加直流电流值 ,单位为安(A) ;

F — 修正系数 ,根据试样厚度 h、模具内径 D 和探针系数l,从仪器的修正系数表查询 。

图 1 四探针测量原理示意图

4.2 两探针法测试原理

如图 2所示将正极粉末材料装入内衬绝缘试样模具中 ,上 、下标准电极与待测样紧密接触 ,且上 、下 标准电极连接加压装置 ,在一定的压力下 ,通过标准电极给试样两端通电流 I, 电压表测量上 、下标准电 极之间的电压 U,根据欧姆定律 , 电阻率 ρ按照公式(3)计算 。

ρ= …………………………( 3 )

式中 :

ρ — 试样的电阻率 ,单位为欧姆厘米(Ω · cm) ; U2— 上 、下标准电极间的电压值 ,单位为伏(V) ;

I2 — 上 、下标准电极间的直流电流值 ,单位为安(A) ;

S — 材料横截面积 ,单位为平方毫米(mm2 ) ; h — 材料厚度 ,单位为毫米(mm) 。

图 2 两探针测量原理示意图

5 试剂和材料

5. 1 无水乙醇 :分析纯 。

5.2 无尘纸 。

6 仪器设备

6. 1 电子天平

分度值为 0. 000 1 g。

6.2 电阻率测量设备

6.2. 1 四探针测量设备应由试料模具 、加压系统 、厚度测试系统 、电阻测试系统等构成 ,设备示意图见 图 3,其构成要求如下 :

a) 试料模具 : 内衬应为绝缘材料的双开 口 圆筒 , 模具内 径 有 11. 28 mm、13. 00 mm、15. 00 mm、 16. 00 mm、20. 00 mm 等多尺寸可选 ,模具内径应不小于十倍探针系数 ,可将试样粉体压制成 厚度不大于四倍探针系数的薄圆片 。

b) 加压系统 :加压系统应保证测试过程中压力/压强稳定 ,重复测试施压速率应稳定且一致 。

c) 厚度测试系统 :能够精确读取厚度信息 ,测量偏差为 ±0. 001 mm。

d) 电阻测试系 统 : 四 根 探 针 预 包 埋 在 加 压 柱 绝 缘 材 料 里 , 针 尖 与 四 探 针 电 阻 测 试 系 统 上 加 压 柱/盘处于同一平面 ,探针间的绝缘电阻(包括针与外壳)大于 103MΩ。

标引序号说明 : 1— 加压系统 ;

2— 厚度测试系统 ;

3— 四探针电阻测试系统上加压柱/盘(内嵌四探针的绝缘材质) ; 4— 试料模具 ;

5— 绝缘垫片 ;

6— 下加压柱/盘 。

图 3 四探针测量设备示意图

6.2.2 两 探 针 测 量 设 备 应 由 试 料 模 具 、加 压 系 统 、厚 度 测 试 系 统 、电 阻 测 试 系 统 等 构 成 , 示 意 图 见 图 4,其构成要求如下 :

a) 试料模具 : 内衬为绝缘材料的双开口圆筒 , 内含导电性良好的高硬度材质金属垫片 ,其中模具 内径有 11. 28 mm、13 mm、15 mm、16 mm、20 mm 等多尺寸可选 。

b) 加压系统 :加压系统应保证测试过程中压力/压强稳定 ,重复测试施压速率应稳定且一致 。

c) 厚度测试系统 :能够精确读取厚度信息 ,测量偏差为 ±0. 001 mm。

d) 电阻测试系统 :测试系统应包含圆形柱/盘状上 、下电极(上 、下电极兼具加压柱/盘的功能) , 电 极与金属垫片具有较好配合度 , 电极表面平整 。

标引序号说明 : 1— 加压系统 ;

2— 厚度测试系统 ;

3— 两探针电阻测试系统柱/盘状上电极 ; 4— 试料模具 ;

5— 金属垫片 ;

6— 柱/盘下电极 。

图 4 两探针测量设备示意图

6.2.3 选用一体化自动测试数据采集系统 , 系统包含自动加压 、测试 、数据采集及计算等模块 , 可实现 数据自动输出 。

7 试料

试料应进行真空包装 ,无明显结块 、团聚及吸潮现象 ,开袋后应保证 2 h之内完成测试 。

8 试验条件

测试过程保持环境条件的温 、湿度稳定 ,其中温度宜为 25 ℃ ± 5 ℃ ,湿度波动应不超过 ±5% 。若 试料对湿度敏感可在湿度不大于 10%的环境下进行测试 。

9 试验步骤

9. 1 仪器准备

9. 1. 1 用无水乙醇(5. 1)润湿的无尘纸清洁模具内腔及测试系统配件 ,应清洁完全 ,擦拭后的无尘纸上 应无肉眼可见的污渍 。

9. 1.2 测试前应目视检查模具内腔及测试系统配件 ,无肉眼可见的划痕 、凹坑 ,确保垫片可流畅地进入 内腔且测试过程中无明显溢料 。

9.2 参数设定

单点或多点测试见表 1进行参数设置 ,并保存测试参数 。

表 1 推荐的设置参数

试料类别 试料量 测试压强 MPa 保压时间

s磷酸铁锂 加料量 宜 能 填 充 模 具 内 腔 容 积 的 1/3至 2/3 ≥8

≥10

钴酸锂 ≥80

镍钴锰酸锂 ≥16

注 1: 测试压强 P=F/S,式中 ,F 为测试时施加在试样上的测试压力 ,S 为测试时试样的受力面积 。

注 2: 其他试料类别参考以上参数 ,为规避误差引入 ,提升稳定性 ,采用大压强进行测试 。

9.3 平行试验

平行做 3 次试验 ,取其平均值 。

9.4 测定

9.4. 1 测试前开启设备 ,应进行厚度归零或基线验证 ,或按照推荐方式进行 。

9.4.2 见表 1,用电子天平(6. 1)称取一定质量的试料 ,依次将垫片 、试料 、上加压柱/盘装入试料模具内 腔中 ,试料应均匀分布于模具内 ,将模具连同下加压柱/盘放入加压系统中 ;或按仪器推荐的方式进行 。

9.4.3 加压至待测压强并见表 1保持一定时间 。

9.4.4 给材料施加电流 ,读取两端子(两探针法) 或两探针(四探针法) 间的电压 ,或按照操作说明进行 测试 。

10 试验数据处理

10. 1 若采用一体化自动测试数据采集系统 ,可直接读取粉末电阻率数据 。

10.2 若采用非一体化测试系统 ,则根据测试方法的不同 ,根据公式(1) 、公式(2)或公式(3)计算粉末电 阻率 。

10.3 计算结果表示到小数点后两位 ,数值修约按 GB/T 8170的规定进行 。

11 精密度

在重复性条件下获得 3 次独立测试结果的测定值 ,3 次测定结果的相对标准偏差应不大于表 2 的 规定 。

表 2 相对标准偏差

材料类型 粉末内阻阻值范围 Ω · cm 相对标准偏差 ,不大于

磷酸铁锂 0~ 100 3%

>100 5%

镍钴锰酸锂 0~ 500 5%

>500 8%

表 2 相对标准偏差 (续)

材料类型 粉末内阻阻值范围 Ω · cm 相对标准偏差 ,不大于

钴酸锂 0~ 5 000 8%

>5 000 10%

注 : 其他类型的材料参考上述相对标准偏差 。

12 试验报告

试验报告应包括以下内容 :

a) 样品名称及编号 ;

b) 本文件编号 ;

c) 测试条件(测试环境 、试料量 、测试模式 、加压压强 、加压保压时间) ;

e) 测试日期和测试人员 ;

f) 本文件没有规定的各种操作 ;

g) 可能影响测试结果的情况 ;

h) 测试仪器类型和型号 ;

i) 试验数据 。