在高溫平板電池測(cè)試中，接觸電阻是影響測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與可靠性的核心變量之一。過(guò)高的接觸電阻不僅會(huì)導(dǎo)致測(cè)試過(guò)程中局部發(fā)熱加劇，引發(fā)溫度場(chǎng)失真，還會(huì)直接干擾電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)的采集精度，甚至掩蓋電池真實(shí)的電化學(xué)性能。因此，控制接觸電阻需從夾具與電池電極的交互本質(zhì)出發(fā)，圍繞電極接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壓力精準(zhǔn)調(diào)節(jié)兩大核心維度，結(jié)合高溫環(huán)境下的材料特性與力學(xué)變化，構(gòu)建全鏈條優(yōu)化方案。

一、接觸電阻的產(chǎn)生機(jī)理與高溫環(huán)境下的特殊挑戰(zhàn)

在解析優(yōu)化策略前，需先明確接觸電阻的構(gòu)成與高溫環(huán)境帶來(lái)的額外干擾，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1. 接觸電阻的核心構(gòu)成

接觸電阻并非單一電阻，而是由 “收縮電阻" 與 “表面膜電阻" 共同組成：

收縮電阻：由于電池電極表面存在微觀粗糙度（即使拋光處理，仍存在微米級(jí)凹凸），夾具與電極的實(shí)際接觸并非完整平面接觸，而是分散的 “接觸斑點(diǎn)"。電流需在這些斑點(diǎn)處收縮傳導(dǎo)，由此產(chǎn)生的電阻即為收縮電阻，其大小與接觸斑點(diǎn)的數(shù)量、面積成反比。

表面膜電阻：電池電極表面通常存在氧化層（如鋁箔正極的 Al?O?、銅箔負(fù)極的 CuO）、電解液殘留膜或環(huán)境污染物膜，這些絕緣 / 高阻膜會(huì)阻礙電流傳導(dǎo)，形成表面膜電阻。

2. 高溫環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)

當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度升高（如 85℃、125℃甚至更高）時(shí)，接觸電阻的控制難度會(huì)顯著增加，主要源于兩方面：

材料性能劣化：傳統(tǒng)金屬夾具（如黃銅、普通不銹鋼）在高溫下易發(fā)生軟化，彈性模量下降，導(dǎo)致夾具對(duì)電極的壓力保持能力減弱，接觸斑點(diǎn)數(shù)量減少，收縮電阻增大；同時(shí)，高溫會(huì)加速電極表面氧化膜的生成與增厚，表面膜電阻進(jìn)一步升高。

熱變形 mismatch（失配）：夾具與電池電芯的基材（如鋁塑膜、金屬外殼）熱膨脹系數(shù)不同（例如不銹鋼熱膨脹系數(shù)約 16×10??/℃，鋁塑膜基材 PP 的熱膨脹系數(shù)約 150×10??/℃），高溫下兩者變形量差異會(huì)破壞原有的穩(wěn)定接觸狀態(tài)，導(dǎo)致接觸壓力波動(dòng)，接觸電阻呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。

二、電極接觸結(jié)構(gòu)優(yōu)化：從 “宏觀適配" 到 “微觀增效"

電極接觸結(jié)構(gòu)是決定接觸電阻初始水平的基礎(chǔ)，需同時(shí)實(shí)現(xiàn) “宏觀上適配電池規(guī)格、微觀上提升接觸效率"，具體可從以下三方面突破：

1. 接觸界面的 “形貌匹配" 設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)平面夾具與電池電極的接觸依賴 “硬壓合"，微觀接觸斑點(diǎn)少，尤其在高溫下易因變形導(dǎo)致接觸失效。優(yōu)化方向需轉(zhuǎn)向 “柔性適配 + 微觀增密"：

柔性接觸層引入：在夾具接觸端復(fù)合一層高彈性、耐高溫的導(dǎo)電材料（如鍍鎳鈹銅箔、石墨編織帶、高溫導(dǎo)電硅膠墊）。這類材料可在壓力作用下發(fā)生微觀形變，填充電極表面的凹凸間隙，將接觸斑點(diǎn)數(shù)量提升 3-5 倍，顯著降低收縮電阻。例如，某方案采用 0.1mm 厚鍍鎳鈹銅箔作為接觸層，在 85℃下接觸電阻較純不銹鋼夾具降低 40% 以上。

微觀紋理優(yōu)化：對(duì)夾具接觸表面進(jìn)行 “微結(jié)構(gòu)化" 處理，如激光刻蝕微米級(jí)網(wǎng)格紋（紋寬 50-100μm，深度 20-30μm）或噴砂形成粗糙表面（粗糙度 Ra=1.5-3.0μm）。一方面，紋理可破壞電極表面的氧化膜，減少表面膜電阻；另一方面，紋理凸起可形成 “多點(diǎn)支撐"，避免高溫下夾具軟化導(dǎo)致的接觸面積收縮。

2. 導(dǎo)電材料的 “高溫穩(wěn)定性" 選型

夾具接觸材料的導(dǎo)電性能與高溫耐受性直接決定長(zhǎng)期測(cè)試中的電阻穩(wěn)定性，需規(guī)避 “高溫軟化" 與 “高溫氧化" 兩大問題：

核心材料優(yōu)先選擇：優(yōu)先選用高溫下力學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)電率高的合金材料，如哈氏合金 C276（耐溫可達(dá) 1200℃，彈性模量在 85℃下僅下降 5%）、鈦合金 TC4（高溫強(qiáng)度好，氧化速率低），或在不銹鋼基材表面進(jìn)行鍍金 / 鍍銀處理（鍍層厚度≥5μm，可有效抑制氧化，同時(shí)降低表面接觸電阻）。

材料組合方案：對(duì)于溫度（150℃+）測(cè)試場(chǎng)景，可采用 “基材 + 過(guò)渡層 + 接觸層" 的復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如：不銹鋼基材（提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）→ 銅合金過(guò)渡層（提升導(dǎo)電率）→ 石墨接觸層（耐高溫、自潤(rùn)滑，避免高溫粘連），該結(jié)構(gòu)在 200℃下接觸電阻波動(dòng)可控制在 5% 以內(nèi)。

3. 邊緣密封與防腐蝕設(shè)計(jì)

高溫測(cè)試中，電池電解液易揮發(fā)并附著在夾具接觸界面，形成高阻膜；同時(shí)，揮發(fā)的電解液還可能腐蝕夾具材料，導(dǎo)致接觸電阻不可逆升高。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需增加 “防污染屏障"：

邊緣硅膠密封圈：在夾具接觸區(qū)域的外圍設(shè)置耐高溫硅膠密封圈（如氟橡膠 O 型圈，耐溫 - 20℃至 260℃），形成封閉空間，阻止電解液蒸汽擴(kuò)散至接觸界面；

接觸界面惰性處理：對(duì)夾具接觸表面進(jìn)行鈍化處理（如不銹鋼鈍化、鈦合金陽(yáng)極氧化），或涂覆一層超?。?-2μm）聚四氟乙烯（PTFE）涂層，既不影響導(dǎo)電性能，又能隔絕電解液腐蝕，延長(zhǎng)夾具使用壽命。

三、壓力調(diào)節(jié)優(yōu)化：從 “靜態(tài)施壓" 到 “動(dòng)態(tài)補(bǔ)償"

壓力是控制接觸電阻的關(guān)鍵變量 —— 壓力不足會(huì)導(dǎo)致接觸斑點(diǎn)少、電阻高；壓力過(guò)高則可能擠壓電池電芯，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如極片變形、隔膜破損）。尤其在高溫環(huán)境下，壓力的 “動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性" 比初始?jí)毫χ蹈匾鑼?shí)現(xiàn) “精準(zhǔn)施加 + 高溫補(bǔ)償"。

1. 初始?jí)毫Φ?“區(qū)間化" 確定

初始?jí)毫π韪鶕?jù)電池類型（軟包、硬殼）、電極尺寸、測(cè)試溫度進(jìn)行個(gè)性化匹配，而非單一固定值?？赏ㄟ^(guò) “電阻 - 壓力" 曲線測(cè)試確定區(qū)間：

軟包電池：電極面積通常較大（如 100mm×150mm），壓力需均勻分布，壓力區(qū)間為0.2-0.5MPa（約 2-5kg/cm2）。壓力過(guò)低易因電極翹曲導(dǎo)致接觸不均；過(guò)高則可能導(dǎo)致鋁塑膜破裂，電解液泄漏。

硬殼電池：電極剛性較強(qiáng)，壓力可適當(dāng)提高，壓力區(qū)間為0.5-1.0MPa。需注意壓力集中問題，可通過(guò)在夾具接觸端增加 “均壓塊"（如銅制蜂窩結(jié)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)壓力分散。

高溫修正：每升高 20℃，初始?jí)毫π杼岣?5%-10%，以補(bǔ)償夾具材料彈性模量的下降。例如，在 25℃下壓力為 0.3MPa，在 85℃下需調(diào)整至 0.4-0.45MPa。

2. 壓力調(diào)節(jié)的 “動(dòng)態(tài)化" 實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)手動(dòng)螺栓施壓方式無(wú)法應(yīng)對(duì)高溫下的壓力衰減，需引入自動(dòng)化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制：

彈性元件補(bǔ)償：在夾具壓力傳導(dǎo)路徑中加入耐高溫彈性元件（如碟形彈簧、波形彈簧），利用其彈性形變吸收熱變形帶來(lái)的壓力損失。例如，采用疊加式碟形彈簧（材質(zhì)為 Inconel 718，耐溫 650℃），可在壓力衰減 10% 時(shí)自動(dòng)回彈補(bǔ)償，保持壓力穩(wěn)定。

閉環(huán)壓力控制：集成 “壓力傳感器 + 伺服電機(jī)" 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)夾具與電極的接觸壓力（壓力傳感器精度需達(dá) ±0.01MPa），當(dāng)壓力偏離設(shè)定值 ±5% 時(shí)，伺服電機(jī)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓頭調(diào)整，實(shí)現(xiàn)壓力的動(dòng)態(tài)修正。某測(cè)試系統(tǒng)采用該方案后，在 125℃下 1000h 循環(huán)測(cè)試中，接觸電阻波動(dòng)幅度從 ±15% 降至 ±3%。

3. 壓力分布的 “均勻化" 保障

即使總壓力達(dá)標(biāo)，若壓力分布不均（如邊緣壓力高、中心壓力低），仍會(huì)導(dǎo)致局部接觸電阻過(guò)高，影響測(cè)試數(shù)據(jù)。可通過(guò)以下方式優(yōu)化：

夾具結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)計(jì)：采用 “上下對(duì)稱壓頭" 結(jié)構(gòu)，而非單側(cè)施壓，確保壓力從電極兩側(cè)均勻施加；壓頭尺寸需與電極尺寸匹配，避免 “超壓"（壓頭面積小于電極）或 “欠壓"（壓頭面積大于電極）。

柔性壓頭應(yīng)用：將壓頭設(shè)計(jì)為 “柔性可變形" 結(jié)構(gòu)，如采用金屬波紋管壓頭或充氣式橡膠壓頭（內(nèi)部充入惰性氣體，如氮?dú)猓?，利用柔性結(jié)構(gòu)自適應(yīng)電極表面的微觀不平，實(shí)現(xiàn)壓力的均勻分布。某實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，柔性壓頭較剛性壓頭的壓力分布均勻性提升 60% 以上。

四、優(yōu)化效果的驗(yàn)證與評(píng)估方法

接觸電阻控制效果需通過(guò)科學(xué)的測(cè)試方法驗(yàn)證，確保優(yōu)化方案的有效性與穩(wěn)定性。

1. 接觸電阻的直接測(cè)量

采用 “四端子法"（ kelvin 接法）測(cè)量接觸電阻，避免測(cè)試線路電阻的干擾，測(cè)量精度需達(dá)毫歐（mΩ）級(jí)甚至微歐（μΩ）級(jí)。具體步驟：

將夾具與標(biāo)準(zhǔn)電阻（已知阻值，如 10mΩ）連接，施加設(shè)定壓力與溫度；

通過(guò)恒流源施加恒定電流（如 1A），利用高精度電壓表（精度≥1μV）測(cè)量夾具與標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降；

根據(jù)歐姆定律計(jì)算接觸電阻（總電阻減去標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值），重復(fù)測(cè)量 5 次，取平均值。

2. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試

在目標(biāo)高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間（如 100h、1000h）連續(xù)測(cè)試，監(jiān)測(cè)接觸電阻的變化趨勢(shì)：

靜態(tài)穩(wěn)定性：保持壓力與溫度不變，每 10h 記錄一次接觸電阻，若 100h 內(nèi)電阻變化率≤5%，則認(rèn)為穩(wěn)定；

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：模擬電池充放電循環(huán)（如 1C 充放），同步監(jiān)測(cè)接觸電阻與電池電壓、電流，若電阻無(wú)突變（如突然升高 20% 以上），且不影響電池循環(huán)性能（如容量衰減率正常），則滿足使用要求。

3. 條件驗(yàn)證

針對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景（如汽車動(dòng)力電池的高溫快充測(cè)試），需進(jìn)行條件驗(yàn)證：

高溫高倍率測(cè)試：在 100℃下，以 5C 甚至 10C 高倍率放電，監(jiān)測(cè)接觸電阻是否因局部發(fā)熱加劇而急劇升高；

熱沖擊測(cè)試：在 - 40℃至 150℃之間進(jìn)行冷熱循環(huán)（每循環(huán) 30min，共 50 次），驗(yàn)證夾具結(jié)構(gòu)與壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)在溫度劇烈變化下的可靠性，確保接觸電阻無(wú)顯著漂移。

五、總結(jié)與展望

高溫平板電池測(cè)試夾具的接觸電阻控制是一項(xiàng) “材料、結(jié)構(gòu)、控制" 多維度協(xié)同的技術(shù)，核心在于：通過(guò)電極接觸結(jié)構(gòu)的微觀優(yōu)化降低初始電阻，通過(guò)壓力的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)維持電阻穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集。

未來(lái)，隨著電池向高能量密度、高倍率、寬溫域方向發(fā)展，接觸電阻控制技術(shù)將面臨更高挑戰(zhàn)，同時(shí)也將催生新的創(chuàng)新方向：例如，開發(fā) “自修復(fù)" 導(dǎo)電接觸層（如含納米金屬顆粒的高分子復(fù)合材料，可修復(fù)氧化破損區(qū)域）、引入 AI 算法實(shí)現(xiàn)壓力的預(yù)測(cè)性補(bǔ)償（基于歷史溫度 - 壓力數(shù)據(jù)，提前預(yù)判壓力衰減趨勢(shì)），進(jìn)一步提升夾具的適應(yīng)性與可靠性，為下一代高溫電池的性能研究提供更有力的測(cè)試支撐。

產(chǎn)品展示

SSC-SOFCSOEC80系列高溫平板電池夾具，適用于固體氧化物電池測(cè)試SOFC和電熱催化系統(tǒng)評(píng)價(jià)SOEC。其采用氧化鋁陶瓷作為基本材料，避免了不銹鋼夾具在高溫下的Cr 揮發(fā)，因此可以排除Cr揮發(fā)對(duì)于陰極性能的影響；采用鉑金網(wǎng)作為電流收集材料，不需要設(shè)置筋條結(jié)構(gòu)，因此可以認(rèn)為氣體的流動(dòng)、擴(kuò)散基本沒有“死區(qū)"，可以盡可能地釋放出電池的性能；夾具的流場(chǎng)也可以根據(jù)需要調(diào)整為對(duì)流或順流，可以考察流動(dòng)方式的影響。對(duì)于電池的壽命可以更加準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)試和判斷，特別是電池供應(yīng)商，表征產(chǎn)品在理想情況(即排除不合理流場(chǎng)干擾等)下的性能，所以多采用此類夾具。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

SOFC 平板型評(píng)價(jià)夾具可對(duì)應(yīng) 20*20mm，30*30mm，耐溫900℃。

全陶瓷制可避免金屬內(nèi)不良元素的影響,適合耐久性實(shí)驗(yàn)。

高溫彈簧構(gòu)造排除了構(gòu)成材料內(nèi)熱應(yīng)力的影響。

可定制客戶要求的尺寸。

氣體密閉采用了高溫彈簧壓縮電池的方法，

更換及電爐里的裝配電流端子，電壓端子，熱電偶端子，輸氣和排氣口，氣體流量Max 2L/min；

鉑金集流體和鉑金電壓、電流線。