日本科學家開發出一種新方法，用以監測鋰離子電池漿料在製造過程中的狀態，有助於在電池芯組裝前識別改善電池性能的塗布條件。東京理科大學的研究人員使用升級版流變阻抗光譜技術，研究電池漿料在類似工業塗布條件下導電網絡的形成方式。此方法結合剪切測試與電化學阻抗光譜，讓團隊能在漿料流動時觀察其電學行為。電池漿料是由活性材料、導電添加劑、黏合劑及溶劑混合而成，之後會成為電池電極。
其內部結構對導電性、穩定性及充電性能有重大影響。但現有大多數評估方法僅在靜止狀態下檢查漿料，而非真實製造過程。 研究團隊聚焦磷酸鐵鋰正極漿料，並施加類似工業塗布線的剪切力，同時測量電學訊號如何通過材料傳遞，以追蹤導電網絡的變化。
剪切下的導電網絡
實驗顯示，塗布速度對電池性能有重大影響。在低剪切速率下，導電添加劑保持團聚，形成薄弱電學路徑；在極高剪切速率下，導電網絡則崩解，同樣損害性能。然而，研究人員發現約 50 s-1 的中間範圍，能讓導電添加劑均勻分佈，同時維持強勁電學連接。在此條件下製造的電極，顯示較低阻抗、改善充放電行為，以及優於低或高剪切速率電極的循環穩定性。「透過重現接近電極塗布時的剪切條件，並原位評估漿料，我們能將漿料狀態連結至乾燥後形成的導電網絡及電池性能，」副教授 Isao Shitanda 表示。
研究人員使用旋轉流變儀模擬 500 微米厚度的塗布條件。漿料包含磷酸鐵鋰作為活性材料、乙炔黑作為導電添加劑，以及溶解於溶劑中的聚合物黏合劑。團隊隨後將測試漿料乾燥成電極，並組裝成電池芯進行進一步性能分析。顯微鏡研究證實，中間剪切條件創造出最均衡的導電結構。 研究人員指出，此方法可從漿料階段直接評估塗布條件，減少電池製造中的試錯步驟。「此方法只需不到 1 毫升漿料，每項測量約 5 分鐘即可完成，」Shitanda 表示。
此方法亦有助電池製造商減少材料浪費並縮短開發週期，隨著鋰離子電池需求在電動車、電子產品及儲能系統持續增長。雖然結果以磷酸鐵鋰電池示範，但研究人員指出，仍需針對其他電池化學成分及芯設計進行額外驗證。研究結果刊登於《Journal of Power Sources》。
