鋰離子電池充放電過程中，電池極片內(nèi)部存在鋰離子和電子的傳輸，其中電子主要通過固體顆粒，特別是導(dǎo)電劑組成的三維網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)至活物質(zhì)顆粒/電解液界面參與電極反應(yīng)。電子的傳導(dǎo)特性對電池性能影響大，而電池極片中，影響電導(dǎo)率的主要因素包括箔基材與涂層的結(jié)合界面情況，導(dǎo)電劑分布狀態(tài)，顆粒之間的接觸狀態(tài)等。通過電池極片的電導(dǎo)率能夠判斷極片中微觀結(jié)構(gòu)的均勻性，預(yù)測電池的性能。

實際上，極片電導(dǎo)率更加復(fù)雜，可能存在方向上的差異，微觀局部不均勻等。

文獻(xiàn)1研究了正極極片電導(dǎo)率在方向上的差異。作者分別采用四探針法測量了極片平行集流體方向（In plane）上的電導(dǎo)率，采用微型二探針法測試了電極截面上電導(dǎo)率，此時電流方向與實際工作時一致，垂直于集流體方向（Out of plane）。

2μm硅和CNT電極在不同CNT含量下，平行集流體（In plane）與垂直集流體方向（Out of plane）電導(dǎo)率，兩個方向上的對比存在明顯差異，垂直集流體方向（Out of plane）的電導(dǎo)率比平行集流體（In plane）小約1000倍。但是，電極實際工作中，電子傳輸方向是垂直集流體方向（Out of plane），這個方向電導(dǎo)率對電池性能影響更大，而且電導(dǎo)率數(shù)值與EIS擬合得到的電極電導(dǎo)率相近，如圖1所示。

圖1 2μm硅和CNT電極在不同CNT含量下，垂直集流體方向電導(dǎo)率（Out of plane）和交流阻抗譜擬合得到的電極電導(dǎo)率（Electrode）

更進(jìn)一步的，文獻(xiàn)2采用納米級四探針測試了電極片各個微觀區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率，具體的測試設(shè)備如圖2所示，探針尺寸為納米級，通過精密控制系統(tǒng)移動樣品或者探針測量各個區(qū)域的電導(dǎo)率，從而，獲得了電導(dǎo)率分布圖譜，如圖3所示。

圖2 四探針測試SEM圖，探針尺寸為納米級

圖3是電池極片電子傳輸電阻圖譜，其中（a）是極片中電子與離子傳輸示意圖；（b）是HE5050極片電阻圖譜，活性物質(zhì)為直徑小于1微米的NMC三元材料，極片電阻值范圍為21-41?mΩ ?cm2；（d）是TODA523極片電阻圖譜，活性物質(zhì)為微米級的NMC三元材料，極片電阻值范圍為6-9?mΩ ?cm2；（c）是兩種極片在位置A、B、C對應(yīng)的電阻率以及A-C兩點之間的距離。A是電導(dǎo)率最高的位置，是電導(dǎo)率最低的位置，B居于兩者之間。

圖3 電池極片電導(dǎo)率圖譜。（a）電子與離子傳輸示意圖，（b）HE5050極片電阻圖譜，（c）兩種極片在位置A、B、C對應(yīng)的電阻率，（d）TODA523極片電阻圖譜。

極片電阻率圖譜與電極微觀結(jié)構(gòu)特征相互關(guān)聯(lián)，作者對兩種極片電導(dǎo)率高A、中B、低C三個的區(qū)域分析極片形貌。微米級活性材料極片TODA523，不同電導(dǎo)率三個位置對應(yīng)的極片微觀形貌分別為，圖4（a、b）是電導(dǎo)率高A位置。圖4（c、d）是電導(dǎo)率高B位置。圖4（e、f）是電導(dǎo)率高C位置。SEM照片可以分辨出活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合相以及孔隙。

圖4 微米級TODA523三元極片SEM形貌及圖像處理（活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、孔隙）：（a、b）高電導(dǎo)率A位置，（c、d）中電導(dǎo)率B位置，（e、f）低電導(dǎo)率C位置。

圖5是亞微米級HE5050三元極片SEM形貌及圖像處理，由于活性物質(zhì)顆粒細(xì)小，無法分辨碳膠相，圖像處理只能區(qū)分為固體相和孔隙。

圖5 亞微米級HE5050三元極片SEM形貌及圖像處理（活性物質(zhì)、孔隙）：（a、b）高電導(dǎo)率A位置，（c、d）中電導(dǎo)率B位置，（e、f）低電導(dǎo)率C位置。

作者通過圖像分析和電子鋰離子傳輸模型，研究表明極片中A位置的微觀形貌不僅電子電導(dǎo)率高，同時也具有高的鋰離子傳輸速率。理想的電極微觀形貌應(yīng)該像位置A一樣。