鋰離子電池陰極漿料內(nèi)導(dǎo)電粒子動(dòng)態(tài)分布的可視化

王志龍，劉曉棟，趙桐，劉凱，武居昌宏

（1 西安理工大學(xué)機(jī)械與精密儀器工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2 日本國立千葉大學(xué)工學(xué)院，千葉 263-8522）

鋰離子電池具有能量密度高、體積小、重量輕、污染和記憶效應(yīng)小、充放電效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中[1-3]。近年來，為了減少二氧化碳的排放，我國政府大力發(fā)展電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車。在這樣的背景下，鋰離子電池（lithium ion battery，LIB）作為一種新型能源，人們對(duì)其性能進(jìn)行了大量的研究，評(píng)估陰極漿料內(nèi)顆粒分散狀態(tài)是其中最為重要的研究方向。鋰離子電池陰極以鋰鈷氧化物（LiCoO2）粉末作為陰極活性材料，炭黑（carbon black，CB）粉末作為導(dǎo)電助劑，將兩種顆粒溶解在有機(jī)溶劑中制成陰極漿料。之后將陰極漿料涂覆在鋁箔（集電器）上干燥形成薄膜，從而制成陰極極片[4]。在陰極漿料中，炭黑顆粒通常用于彌補(bǔ)陰極材料導(dǎo)電性差的缺陷，并且還提供與電極內(nèi)的電子導(dǎo)電路徑相關(guān)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。炭黑顆粒必須均勻分布在每個(gè)活性顆粒周圍，它們的均勻性直接影響最終的電化學(xué)性能[5]。因此，研究一種能夠檢測(cè)鋰離子電池陰極內(nèi)粒子團(tuán)聚或評(píng)價(jià)粒子分散狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)極為重要。

之前的研究中，Patey等[6]將掃描電子顯微鏡方法和電阻抗譜方法結(jié)合來評(píng)估漿料的色散狀態(tài)。Cho 等[7]利用掃描電子顯微鏡研究了陰極漿料中的粒子特性，并重點(diǎn)研究其物理性質(zhì)。Kim 等[8]利用Stokes 理論（即粒徑較大的粒子沉降速度較快），用離心沉降攪拌法評(píng)估粒子在陰極漿料中的分散特性。然而，這些方法不能應(yīng)用于陰極漿料制備過程，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)樣品是在攪拌和評(píng)估后從陰極漿料中提取的。Wang等[9-10]建立了一種在陰極漿料干燥前應(yīng)用電阻抗譜法檢測(cè)陰極顆粒團(tuán)聚的方法，并且提出一種等效電路通過擬合來驗(yàn)證此方法的正確性。但此方法依舊無法識(shí)別漿料在攪拌過程中的分散狀態(tài)。

過程層析成像（process tomography，PT）是一種可視化多相流中粉末顆粒濃度分布的方法。PT方法通過測(cè)量目標(biāo)的各種物理量，將目標(biāo)區(qū)域的密度分布輸出為圖像[11]。PT 方法能夠檢測(cè)生物體或植物流道中多相流中的特定物質(zhì)。其中，電阻層析成像（electrical resistance tomography，ERT）方法是通過在多個(gè)電極之間施加電流和測(cè)量電壓來獲得電導(dǎo)率分布圖像的方法，適用于檢測(cè)電導(dǎo)率差異很大的物質(zhì)[12]。

本文將ERT 方法應(yīng)用于陰極漿料制備過程，探究陰極漿料在不同攪拌時(shí)間t下的變化情況，并通過與電阻抗譜（electrical impedance spectroscopy，EIS）方法和掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopy，SEM）方法對(duì)比，驗(yàn)證基于ERT 的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)鋰離子電池陰極漿料分布特性的可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料包括鈷酸鋰（LiCoO2）顆粒、炭黑（CB）顆粒、聚偏氟乙烯（PVDF）和N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶劑。其中，鈷酸鋰作為活性材料具有提供Li+的作用；炭黑作為導(dǎo)電劑能夠彌補(bǔ)活性物質(zhì)導(dǎo)電性差的缺陷，并且提供與電子導(dǎo)電路徑相關(guān)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；PVDF 作為黏結(jié)劑使活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑能更好地接觸；有機(jī)溶劑NMP 用于溶解黏結(jié)劑PVDF。實(shí)驗(yàn)中各種材料的具體使用量見表1。

表1 陰極漿料各組分質(zhì)量

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究采用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，包括攪拌裝置、測(cè)量裝置和八電極傳感器。圖1(a)為攪拌裝置，由攪拌器與葉片組成。攪拌器可以控制攪拌速度；刀片由不銹鋼制成，直徑Dblade=40mm。測(cè)量裝置如圖1(b)所示，包括阻抗分析儀（IM3580，HIOKI）、多路復(fù)用器（34970A，Agilent）和計(jì)算機(jī)。阻抗分析儀通過給測(cè)量樣品施加恒定的交流電來獲得電壓信息；多路復(fù)用器用于改變阻抗分析儀與電極傳感器終端之間的連接；計(jì)算機(jī)控制阻抗分析儀與多路復(fù)用器。八電極傳感器如圖1(c)所示，由1個(gè)燒杯和8個(gè)電極組成，電極均勻分布在一個(gè)圓周上。燒杯由聚丙烯制成，內(nèi)徑dbeaker=50mm，內(nèi)部高度H=70mm。電極由不銹鋼制成，直徑delectrode=5.3mm。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 陰極漿料制備方法

（1）將PVDF 粉末和半份NMP 溶劑加入到研缽，手動(dòng)研磨至均勻。之后加入剩余量的NMP 溶劑，手動(dòng)攪拌直至獲得均勻的NMP溶液。

（2）將CB 顆粒、LiCoO2顆粒和NMP 溶液按圖2擺放位置依次加入到八電極傳感器中。CB顆粒聚集在傳感器2～4號(hào)電極附近。

圖2 陰極漿料初始狀態(tài)（t=0）

（3）設(shè)置攪拌器攪拌速度為720r/min，攪拌時(shí)間為0～360s。

1.3.2 測(cè)量方法

（1）電阻層析成像（ERT）方法 ERT 的原理是在擬穩(wěn)場(chǎng)中，利用不同媒質(zhì)具有不同的電導(dǎo)率，判斷出敏感場(chǎng)中媒質(zhì)電導(dǎo)率的分布情況。圖3為ERT系統(tǒng)主要框架，包括4個(gè)單元：傳感器單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、圖像重建單元以及計(jì)算機(jī)。由計(jì)算機(jī)（控制單元）向數(shù)據(jù)采集和處理單元發(fā)送控制信號(hào)，對(duì)任意一對(duì)電極施加激勵(lì)電流，使被測(cè)對(duì)象內(nèi)部建立敏感場(chǎng)。通過變更多電極傳感器電極對(duì)，循環(huán)檢測(cè)相鄰電極對(duì)的電勢(shì)差，獲得不同方向上的電導(dǎo)率分布。數(shù)據(jù)采集和處理單元將收集到的測(cè)量信息傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的算法將測(cè)量數(shù)據(jù)重建成場(chǎng)域分布圖像[13-15]。

圖3 ERT系統(tǒng)方框圖

本次實(shí)驗(yàn)采用相間激勵(lì)法作為施加電流以及測(cè)量電壓策略，選用激勵(lì)交流電流的頻率f=1kHz，大小為1mA，最終獲得20 組電壓測(cè)量數(shù)據(jù)。準(zhǔn)相鄰法測(cè)量是在無葉片混合后的靜態(tài)場(chǎng)中進(jìn)行的，表2為每個(gè)測(cè)量編號(hào)中的連接模式。對(duì)測(cè)量后的電壓數(shù)據(jù)，用元素?cái)?shù)M=2463的圖像重建算法對(duì)截面圖像進(jìn)行重建。開源軟件EIDORS 適用于ERT 技術(shù)，能夠根據(jù)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建。這一過程在MATLAB軟件包中實(shí)現(xiàn)。ERT圖像重建過程是一個(gè)非線性逆問題，很難取得穩(wěn)定可靠的計(jì)算結(jié)果。為此，需要一種能夠獲得逆問題近似穩(wěn)定解的重建圖像算法。本實(shí)驗(yàn)采用基于總變差（total variation，TV）正則化的PD-IPM 算法得到歸一化電導(dǎo)率，由式(1)表示[16-17]。

表2 八電極相間激勵(lì)法的連接模式

（2）掃描電子顯微鏡（SEM）方法 在SEM實(shí)驗(yàn)中，將每個(gè)攪拌時(shí)間t的漿料樣品取3 組采樣并干燥后，拍攝SEM 圖像，采樣區(qū)域如圖4 所示。其中，A區(qū)為L(zhǎng)iCoO2顆粒的初始位置，C區(qū)為CB顆粒的初始位置，B區(qū)介于二者之間。通過A、B及C區(qū)的粒子分布狀況可以判定漿料的整體狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置SEM 圖片的放大倍數(shù)為1000 倍，電子加速電壓為15kV。

圖4 SEM測(cè)量位置與EIS測(cè)量位置

（3）電阻抗譜（EIS）方法 在EIS測(cè)量中，設(shè)置阻抗譜分析儀的平均激勵(lì)電壓為0.5V，測(cè)量頻率為4Hz～5MHz，測(cè)量位置如圖4所示。當(dāng)陰極漿料的攪拌時(shí)間達(dá)到t后，在電極2-3 與電極3-4 之間（標(biāo)記為M 區(qū)）、電極6-7 與電極7-8 之間（標(biāo)記為N區(qū)）各進(jìn)行3次電化學(xué)阻抗譜測(cè)量，每次測(cè)量的頻率點(diǎn)n=201，取3 次測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值以減少測(cè)量誤差。最后根據(jù)電化學(xué)數(shù)據(jù)繪制Nyquist 圖和Bode 圖，并通過十參數(shù)等效電路[9-10]將電化學(xué)阻抗譜測(cè)試得到的阻抗譜圖進(jìn)行擬合，從而反演得出漿料樣品內(nèi)部各組分的電化學(xué)特性。圖5給出本次EIS 擬合所采用的十參數(shù)等效電路。其中RCM指電荷移動(dòng)電阻，RSO是指PVDF-NMP溶液電阻，CSO是指PVDF-NMP 溶液電容，Rp是指導(dǎo)電路徑抵抗電阻，Rdl是指PVDF-CB 雙層抵抗電阻，Cdl是指PVDF-CB雙層電容。

圖5 十參數(shù)等效電路[10]

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 ERT重構(gòu)圖像結(jié)果

圖6 顯示了使用ERT 方法和PD-IPM 算法重建的鋰離子電池陰極漿料電導(dǎo)率重構(gòu)圖像。在圖6中，以攪拌時(shí)間t為實(shí)驗(yàn)條件對(duì)漿料樣品進(jìn)行分析。當(dāng)攪拌時(shí)間t=0 時(shí)，圖像C 區(qū)呈現(xiàn)電導(dǎo)率較大的深紅色，A、B 區(qū)域呈現(xiàn)電導(dǎo)率較小的深藍(lán)色，這與圖2表示的陰極漿料初始狀一致，電導(dǎo)率較大的CB 顆粒團(tuán)聚分布在C 區(qū)域，電導(dǎo)率較小的LiCoO2顆粒團(tuán)聚分布在其他區(qū)域；當(dāng)攪拌時(shí)間t=60s 時(shí)，C 區(qū)域顏色為紅色，其余較大區(qū)域顯示為綠色，少部分為橙色與黃色，這說明漿料在攪拌60s 后分散度不高，電導(dǎo)率分布不均勻，呈現(xiàn)C 區(qū)分布電導(dǎo)率較大的CB 顆粒團(tuán)聚，其他區(qū)域分布LiCoO2和CB 粒子團(tuán)聚的混合物；當(dāng)攪拌時(shí)間t=120s時(shí)，圖像顏色統(tǒng)一為橙色，C區(qū)有小區(qū)域顏色較深，此時(shí)的漿料中LiCoO2和CB 粒子的均勻度有所提升，電導(dǎo)率較一致；當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增加，圖像顏色不發(fā)生變化，證明此時(shí)漿料的分散度在此實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到最高，電導(dǎo)率趨于一致且不再隨攪拌時(shí)間t變化。

圖6 不同攪拌時(shí)間t下ERT成像結(jié)果

2.2 SEM表觀形貌圖像結(jié)果

圖7(a)為L(zhǎng)iCoO2顆粒的SEM 表觀形貌，圖7(b)為CB 顆粒的SEM 表觀形貌，圖7(c)為不同攪拌時(shí)間t下的漿料樣品表觀形貌。在圖7(c)中，對(duì)圖4中漿料樣品的A、B、C 三個(gè)區(qū)域進(jìn)行取樣進(jìn)行SEM 成像。當(dāng)攪拌時(shí)間t=0s 時(shí)，圖像A 和圖像B顯示為較大顆粒團(tuán)聚，圖像C 顯示為黑色斑塊。由于陰極漿料中LiCoO2顆粒的平均直徑為10μm［圖7(a)］，CB 顆粒的平均直徑為50nm［圖7(b)］，因此可以判定在t=0s時(shí)，A、B區(qū)域?yàn)長(zhǎng)iCoO2團(tuán)聚，C區(qū)域?yàn)镃B團(tuán)聚，這與圖2顯示的陰極漿料初始狀態(tài)一致。當(dāng)攪拌時(shí)間t=60s 時(shí)，圖像A 變化不大，圖像B區(qū)域出現(xiàn)小區(qū)域黑色斑塊，圖像C區(qū)域出現(xiàn)少量較大顆粒團(tuán)聚。此時(shí)的漿料樣品處于混合不充分的狀態(tài)，僅有少量粒子發(fā)生運(yùn)動(dòng)。當(dāng)攪拌時(shí)間t=120s 時(shí)，圖像A、B、C 區(qū)域開始一致化，大顆粒與黑色斑塊分布均勻，此時(shí)的漿料樣品混合度較高，各組分分布較為均勻。當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增加，SEM 表觀形貌圖像結(jié)果不再產(chǎn)生較大變化，說明攪拌時(shí)間t不再改變漿料的均勻度。

圖7 SEM表觀形貌圖像

2.3 EIS實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 EIS測(cè)試結(jié)果

圖8 給出在不同攪拌時(shí)間t下M 區(qū)、N 區(qū)通過EIS 測(cè)量的電化學(xué)數(shù)據(jù)的Nyquist 圖和Bode 圖，其中圖8(a)為M區(qū)漿料樣品的Nyquist圖。當(dāng)攪拌時(shí)間t=0時(shí)，漿料樣品的電阻Z′、電抗Z″明顯較大，圖像有兩個(gè)半圓，這表示在此區(qū)域有較多暴露的LiCoO2粒子團(tuán)聚。當(dāng)攪拌時(shí)間t=60s 時(shí)，漿料樣品的電阻Z′、電抗Z″依舊較大，圖像出現(xiàn)一個(gè)半徑較大的半圓，在低頻范圍有一條直線，表明在此區(qū)域出現(xiàn)被CB 包裹的LiCoO2顆粒，但數(shù)量較少。當(dāng)攪拌時(shí)間t=120s 時(shí)，漿料樣品的電阻Z′、電抗Z″較之前明顯變小，圖像為一個(gè)半徑較小的半圓和一條直線。此時(shí)漿料中產(chǎn)生較多的CB 包裹的LiCoO2顆粒，漿料均勻度較高。當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增加，M 區(qū)域的Nyquist 圖像重合在同一位置，漿料的均勻度不再變化。圖8(b)為N 區(qū)漿料樣品的Nyquist圖。當(dāng)攪拌時(shí)間t=0時(shí)，漿料樣品的電阻Z′、電抗Z″明顯較小，這是由于在此區(qū)域?yàn)镃B聚集，CB顆粒電導(dǎo)率較大。當(dāng)攪拌時(shí)間t=60s 時(shí)，漿料樣品的電阻Z′、電抗Z″變大，說明有LiCoO2顆粒進(jìn)入此區(qū)域，而LiCoO2顆粒電導(dǎo)率較小。當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增大，漿料圖像的半圓半徑基本一致，這表示在此區(qū)域被CB 包裹的LiCoO2顆粒達(dá)到一致，且不隨攪拌時(shí)間變化，此時(shí)漿料的均勻度較高[18]。圖8(c)、(d)為M、N 區(qū)漿料樣品的Bode 圖，表示電抗Z″隨頻率的變化。由圖知，當(dāng)攪拌時(shí)間t=120s時(shí)兩組圖像基本一致，這也能夠證明漿料在此攪拌時(shí)間能夠達(dá)到均勻。圖9 給出M、N 區(qū)域電化學(xué)阻抗譜圖中高頻區(qū)域峰值頻率fpeak,high隨攪拌時(shí)間的變化圖。當(dāng)攪拌時(shí)間t＜120s 時(shí)，fpeak,high數(shù)值差異明顯，且都較低，這是因?yàn)榇藭r(shí)的漿料混合度不高，界面擴(kuò)散度較小，漿料內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較差。當(dāng)攪拌時(shí)間t=120s，兩個(gè)圖像的fpeak,high基本相等，且攪拌時(shí)間t繼續(xù)增加，fpeak,high保持不變，這是由于120s 的攪拌時(shí)間下，陰極漿料的混合度較高，漿料內(nèi)部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，繼續(xù)增加攪拌時(shí)間t，漿料內(nèi)部顆粒的分布不再變化。

圖8 不同攪拌時(shí)間t下M區(qū)、N區(qū)的Nyquist圖和Bode圖

圖9 不同攪拌時(shí)間t下M、N區(qū)域電化學(xué)阻抗譜的高頻區(qū)域峰值頻率fpeak,high對(duì)比

2.3.2 EIS擬合結(jié)果

基于十參數(shù)等效電路對(duì)EIS測(cè)試的電化學(xué)阻抗譜圖進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見表3。

表3 擬合結(jié)果

圖10 為根據(jù)擬合結(jié)果得出的關(guān)鍵電路元件參數(shù)的變化趨勢(shì)圖。其中，圖10(a)為M、N 區(qū)域的PVDF-NMP 溶液電阻RSO隨攪拌時(shí)間t的變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，M、N 區(qū)域的RSO隨著t的增加先減小后穩(wěn)定。從0～60s時(shí)，對(duì)于M區(qū)，僅有少量的CB 顆粒進(jìn)入此區(qū)域；對(duì)于N 區(qū)，僅有少量的LiCoO2顆粒進(jìn)入此區(qū)域。因此，在兩個(gè)區(qū)域中，PVDF與LiCoO2顆粒、CB顆粒之間相互作用形成提供電荷轉(zhuǎn)移的途徑從而打破了PVDF的離子阻斷特性，降低RSO。當(dāng)t=120s 時(shí)，隨著漿料內(nèi)顆粒的逐漸均勻化，以LiCoO2顆粒為中心的CB-PVDF 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，RSO降低。當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增大時(shí)，該網(wǎng)格結(jié)構(gòu)依舊存在，因此RSO基本穩(wěn)定。圖10(b)為M、N 區(qū)域的導(dǎo)電路徑抵抗電阻Rp隨攪拌時(shí)間t的變化趨勢(shì)。其中，M區(qū)域Rp先減小后穩(wěn)定，N區(qū)域Rp先增大后穩(wěn)定。從0～60s 時(shí)，對(duì)于M 區(qū)，PVDF與LiCoO2顆粒形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主要的電荷轉(zhuǎn)移途徑，且此時(shí)有部分CB顆粒進(jìn)入此區(qū)域，由于CB的阻抗低于LiCoO2顆粒的阻抗，交流電（AC）更容易流過CB，因此在此區(qū)間Rp減?。粚?duì)于N區(qū)，t=0時(shí)不存在LiCoO2顆粒，導(dǎo)電路徑由CB 提供，當(dāng)t=60s 時(shí)開始出現(xiàn)部分LiCoO2顆粒，Rp增大。當(dāng)t=120s 時(shí)漿料基本混合完成，兩區(qū)域所含粒子基本一致，Rp開始趨于一致。當(dāng)t繼續(xù)增大時(shí)，粒子分布不會(huì)發(fā)生太大變化，Rp基本穩(wěn)定。圖10(c)、(d)為M、N 區(qū)域的PVDF-CB 雙層抵抗電阻Rdl和雙層電容Cdl隨攪拌時(shí)間t的變化趨勢(shì)。二者變化趨勢(shì)基本一致，M 區(qū)隨著t的增加先增加后穩(wěn)定，N 區(qū)隨著t的增加先減小后穩(wěn)定。這是由于CB的分布引起的，當(dāng)攪拌時(shí)間t＜120s 時(shí)，M 區(qū)域CB 顆粒由少變多，雙層膜結(jié)構(gòu)由不完整到完整，Rdl和Cdl增加；N區(qū)域CB 顆粒由多變少，雙層膜結(jié)構(gòu)的壁厚開始減小，Rdl和Cdl減小。當(dāng)t≥120s 時(shí)，漿料整體分布均勻，CB 的雙層膜結(jié)構(gòu)完整且一致，M、N 區(qū)域的Rdl和Cdl趨于一致且穩(wěn)定在統(tǒng)一范圍內(nèi)。

圖10 擬合電路關(guān)鍵電路元件參數(shù)的變化趨勢(shì)

3 討論

將ERT 測(cè)試得到的20 組電壓數(shù)據(jù)采用基于總變差正則化的PD-IPM圖像重建算法得到歸一化電導(dǎo)率。為了定量描述ERT重構(gòu)圖像的粒子分布狀況，按式(3)對(duì)歸一化電導(dǎo)率取平均值得ave，平均值能夠反映電導(dǎo)率的整體變化趨勢(shì)，ave越大，漿料的整體電導(dǎo)率越大。按式(4)對(duì)歸一化電導(dǎo)率取均方差得s，均方差能夠間接反映電導(dǎo)率的波動(dòng)狀況，s越小，說明漿料的電導(dǎo)率在同一數(shù)值附近波動(dòng)越小，漿料均勻度較高。

圖11 不同攪拌時(shí)間t下漿料樣品歸一化電導(dǎo)率的平均值ave與均方差s

將圖5的ERT重構(gòu)圖像與圖6的SEM表觀形貌圖像進(jìn)行定性分析。當(dāng)攪拌時(shí)間從0～120s，漿料樣品的ERT 重構(gòu)圖像由顏色混亂到單一橙色，代表3個(gè)不同區(qū)域的SEM表觀形貌圖像也從表現(xiàn)為較大團(tuán)聚體聚集變?yōu)榛旧戏稚ⅰ嚢钑r(shí)間t＞120s時(shí)，ERT重構(gòu)圖像呈現(xiàn)單一橙色不再變化，代表3個(gè)不同區(qū)域的SEM 表觀形貌圖像也無變化。兩組圖像均能說明，當(dāng)攪拌時(shí)間t=0 時(shí)，CB 顆粒與LiCoO2顆粒分布在不同區(qū)域，隨著攪拌時(shí)間t增加，兩種粒子開始進(jìn)行混合，直至t=120s時(shí)基本完成混合，此時(shí)的SEM 表觀形貌圖像與ERT 重構(gòu)圖像表述的是在此實(shí)驗(yàn)條件下均勻度較高的陰極漿料。當(dāng)攪拌時(shí)間t繼續(xù)增加，均勻度不再發(fā)生變化，圖像基本不變。

因此，本研究提出的基于ERT 的陰極漿料導(dǎo)電粒子可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可行性較高，可以用于漿料制備過程的管理監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

本研究利用非入侵式可監(jiān)測(cè)技術(shù)ERT 初步探索陰極漿料中粒子分布特性。以該技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了一套鋰離子電池陰極漿料導(dǎo)電粒子可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)多路復(fù)用器和八電極傳感器。實(shí)驗(yàn)采用相間激勵(lì)法作為施加電流以及測(cè)量電壓策略，獲得20 組電壓數(shù)據(jù)。通過開發(fā)ERT 圖像重構(gòu)算法，獲得陰極漿料電導(dǎo)率的分布圖像。為了驗(yàn)證該技術(shù)的可行性，加入基于掃描電子顯微鏡（SEM）方法以及電阻抗譜（EIS）方法的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過比較實(shí)驗(yàn)得到的ERT 重構(gòu)圖像、SEM 表觀形貌圖像以及EIS結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

（1）通過將SEM 表觀形貌圖像與ERT 重構(gòu)圖像對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)攪拌時(shí)間t＜120s，SEM圖像的顆粒凝聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重，小顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象十分明顯。當(dāng)攪拌時(shí)間t≥120s時(shí)，SEM圖像基本沒有團(tuán)聚體，顆粒較為分散。這與ERT 圖像所得結(jié)論一致，證明ERT技術(shù)能夠從顆粒分布方面較為準(zhǔn)確地描述陰極漿料粒子分散狀態(tài)。

綜上所述，本文提出的基于ERT 的鋰離子電池陰極漿料分散特性的動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是可行的，能夠應(yīng)用于陰極漿料實(shí)際工程制備的在線監(jiān)測(cè)。