硅材料粉体在不同测试方法下导电性能对比

利电 2024-12-20 | 阅读：43

一、背景

硅材料在锂离子电池中主要用作负极材料。与石墨材料组成硅碳复合材料，其比容量和抗压性较传统石墨烯材料优势更加显著，是实现高能量密度储能电池的关键材料。

粉末材料性能与电池容量、倍率及安全性能密切相关，而粉末材料电阻率是粉末性能评估的关键参数之一。粉末材料电阻率常用的测定方法有两探针和四探针两种方式（如图1），两探针法的测试电极分别置于样品上下两侧，通过施加激励电流，检测样品上下两侧的电压，最终得到样品的整体电阻，并可通过样品成型尺寸换算得到样品的电阻率；四探针法的测试电极置于样品同侧，通过在外电极施加激励电流，内电极检测电压，实现粉末材料表面电阻率的测定。

图1 粉末材料电阻率测定方法

左：两探针右：四探针

一般情况下，大电阻值材料使用两探针模式测试，小电阻值材料使用四探针模式测试，我们使用FDM-1650产品，对同一种硅材料进行两探针与四探针两种不同测试方法进行测试，可以对比出不同测试方法下测得硅材料导电性的差异。

二、测试方法

测试样品：纳米硅；

测试原理：两探针模式、四探针模式；

测试参数：实验面积78.54mm²，样品量0.2g，采用变压模式进行测试，测试压强范围：3-500MPa，压强步进20MPa，保压时间10S。

测试结果分析：

图2 两种方法下电阻率随压强的变化

表1 两种测试方法下硅材料的电阻率

以上数据表明在使用两种测试方法测得的电阻率均随压力的增大而呈现递减趋势，且趋势一致（如图2所示）。在平行测试过程中，两探针模式下测得的COV明显低于四探针模式，这也反映了大电阻样品更适用于用两探针模式来进行测试。因此，用户可根据不同样品类型的测试结果的稳定性选择合适的测试方法。

三、结论

选择合适的测量方法及测试条件对粉末材料电阻率进行测定，可有效评估粉末制成工艺的稳定性，同时帮助研发人员提前预估成品电芯的内阻及倍率性能，有效加快研发进度。