在材料評估中,我們經常會制作兩種電芯用于測試,然后通過對比不同樣品之間的差異來選擇合適的電極材料或輔材,常見的形式是紐扣電池和軟包電池,然后這兩類電池之間往往存在較大的性能差異,在這個時候大家往往選擇相信軟包電芯的數據,認為軟包電芯和最終產品的形態更為接近,所以默認為更靠譜,但是事實上是這樣的嗎?扣電和軟包電芯數據差異的源在哪里?
我們通過兩篇學術論文來探究下扣電和軟包的差異。
第一篇韓國Jaephil Cho【Analysis of Differences in Electrochemical Performance Between Coin and Pouch Cells for Lithium Ion Battery Applications】該團隊通過制備相同成分的扣電和軟包電芯,通過對比EIS和循環數據等分析阻抗變化,認為阻抗差異是兩者性能不同的關鍵原因,從下面數據可以兩者的首效非常接近。

作者通過測試不同電芯尺寸的DCR,(a)發現電芯尺寸越大,那么DCR越小,(b)解釋了電芯尺寸與阻抗之間的關系,我們可以理解成,一個軟包是由數量眾多的N扣電并聯而成,那么扣電阻抗阻抗就等于N*R軟包,請注意這是一個分析數據或扣電質量的方法,如果我們想判斷扣電的好壞,那么我們可以將其阻抗與電芯單體做對比。

最后通過循環測試和EIS分析,作者發現扣電的容量保持率和阻抗變化程度都比軟包電芯差很多,而且拆解發現扣電負極表面存在大量的析鋰現象,所以作者認為是由于扣電的阻抗是軟包電池的100倍導致了兩者性能的差異。

但是這個實驗驗證存在明顯的缺陷:如果認為扣電相當于軟包電芯的眾多分之一,可以用并聯的等效電路表示的話,扣電所處的微觀狀態和軟包電池上的一小部分是一樣的,軟包上也是有很多高阻抗的地方在進行脫嵌鋰電化學反應,那么得出來的結論還是應該扣電和軟包的性能一致或接近才對!有沒有人能夠得到扣電和軟包電芯數據一致的結果呢?
第二篇Jeff Dahn團隊【A Guide to Full Coin Cell Making for Academic Researchers】該團隊通過優化扣電制作的過程,尋找扣電質量差異的原因,通過使用真空筆,特殊BMF隔膜等過程成功制作出性能較好的扣電。

下面這兩張圖顯示軟包和扣電的循環保持率是非常接近的,所以說我們得出這樣的結論,從理論上和實踐上扣電和軟包電池數據是應該一致的,可以具有對比性。但是兩者數據100%的一致是不可能的,軟包和扣電的應力狀態和溫度場及結構還是存在差異。

但是如果我們做的扣電數據特別差,循環20-50次后保持率就非常差的話,大概率是扣電制作過程引起的,比如說正負極片是否對齊?加入的電解液量?是否存在微短路的情況?當然了軟包制作過程亦可能發生問題。
總結一下,我認為扣電和軟包電池數據應該要具有可比性和一致性,如果數據缺少可比性甚至很差,要多從扣電和軟包電池制作上發現問題,解決問題。
