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極片柔韌性—可彎曲性or可復(fù)原性？

元能科技 2024-08-13 | 閱讀：686

1. 背景

鋰離子電池極片是一種由電極涂層和集流體箔材組成的三層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,，即顆粒組成的涂層均勻地涂敷在金屬集流體兩側(cè),。極片的機(jī)械穩(wěn)定性對電池有重要影響，機(jī)械穩(wěn)定性差的極片可能出現(xiàn)的失效方式包括：涂層從集流體剝離,、涂層開裂,，活性顆粒脫落等，這些都會影響電池的容量和循環(huán)壽命,。除了影響電池的性能外,，極片機(jī)械穩(wěn)定性在電池制造過程中也起著重要作用。極片在輥壓和繞卷等電池制造過程中不可避免會受到外部應(yīng)力，可能會導(dǎo)致活性物質(zhì)（AM）顆粒脫落,、電極膜從集流體上剝離等情況,。特別是對于卷繞工藝，由于極片在卷曲過程中的曲率不同,，這就對極片的柔韌性提出了要求,，需要極片在卷繞時(shí)能夠適應(yīng)不同的曲率變化，以確保電池極片的結(jié)構(gòu)完整性和性能的穩(wěn)定性,。柔韌性好的極片可以減少在卷繞過程中由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的材料損傷,，從而提高電池的可靠性和壽命。

2. 柔韌性的定義

在實(shí)際應(yīng)用中,，柔韌性通常是可彎曲性（彎曲一次而不斷裂的能力）和可復(fù)原性（重復(fù)彎曲的能力）的綜合體現(xiàn),。具有良好柔韌性的極片，能夠在受到彎曲應(yīng)力時(shí)不易斷裂或產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,，同時(shí)在形變后,，當(dāng)外力撤除時(shí)極片能夠恢復(fù)到接近其原始形狀和原始應(yīng)力狀態(tài)。

表1.極片的可彎曲性和可復(fù)原性

如表1所示,，極片的可彎曲性和可復(fù)原性都可以在一定程度上反映極片的柔韌性,，但它們各自側(cè)重點(diǎn)不同?？蓮澢缘膫?cè)重點(diǎn)在于極片在單次或有限次彎曲過程中抵抗斷裂或破壞的能力,。它關(guān)注的是極片在極端彎曲條件下的結(jié)構(gòu)完整性和強(qiáng)度表現(xiàn)?？蓮?fù)原性的側(cè)重點(diǎn)在于極片在多次彎曲過程中發(fā)生形變后的恢復(fù)能力和長期穩(wěn)定性,。它關(guān)注的是極片在外力撤除后恢復(fù)原狀的能力，且這種形變和恢復(fù)過程可以重復(fù)多次,。

3.柔韌性的測試方案

元能科技的極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000（圖1）,，是專為鋰離子電池極片設(shè)計(jì)的測試設(shè)備，滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求,。該設(shè)備采用極片應(yīng)力-應(yīng)變曲線的基本測試方法,，即將極片特定角度彎曲后固定在測試裝置上，然后通過施加位移來使極片發(fā)生形變,，測量極片在不同形變程度下的應(yīng)力和應(yīng)變（應(yīng)力-位移）,。BEF1000支持不同的測試模式（圖2），可用于極片可彎曲性和可復(fù)原性的測試和分析,。

圖1.元能科技BEF1000及其3大功能特點(diǎn)

圖2.BEF1000不同的測試模式

4. 可彎曲性的測試案例

（1）兩款不同的LFP極片

圖3.兩款LFP極片單次彎曲的壓縮曲線及斷裂點(diǎn)數(shù)值

兩款不同的LFP正極極片,，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進(jìn)行單次彎曲測試,，當(dāng)極片彎曲到一定的應(yīng)力值時(shí)停止試驗(yàn),。根據(jù)壓縮曲線（圖3）可以看出,，兩款極片都有明顯的突變點(diǎn)或拐點(diǎn),，說明極片彎曲的過程中發(fā)生了非均勻的形變,，且發(fā)生應(yīng)力衰減，對應(yīng)極片的斷裂行為,。LFP-1的斷裂點(diǎn)對應(yīng)的壓縮位移較小,，說明極片在較小的形變下即達(dá)到斷裂點(diǎn)。LFP-1的斷裂點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力較小,，說明極片所能承受的最大應(yīng)力較小,。以上結(jié)果反映LFP-1極片更容易受到外部應(yīng)力或內(nèi)部應(yīng)變的影響而發(fā)生斷裂，其柔韌性相對較差,。

（2）兩款不同的硬碳負(fù)極極片

圖4.兩款硬碳極片單次彎曲的壓縮-恢復(fù)曲線

兩款不同的硬碳負(fù)極極片,，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進(jìn)行單次彎曲的壓縮-恢復(fù)的測試,，當(dāng)極片彎曲到一定的應(yīng)力值時(shí),，以相同速率恢復(fù)到位移零點(diǎn)位置后停止測試。根據(jù)壓縮-恢復(fù)曲線（圖4）可以看出,，負(fù)極B有一個(gè)小的突變點(diǎn)或拐點(diǎn),，說明發(fā)生明顯的應(yīng)力衰減過程。拐點(diǎn)的出現(xiàn)往往標(biāo)志著極片從彈性階段進(jìn)入塑性階段,，因此也可以說明負(fù)極B的可彎曲性較差,，對應(yīng)柔韌性較差。

5. 可彎曲性和可復(fù)原性之間的關(guān)系

極片的可彎曲性和可復(fù)原性并不一定都是優(yōu)的,，它們之間存在一定的平衡和折中關(guān)系,。一款極片可能表現(xiàn)出優(yōu)異的可復(fù)原性，即能夠多次彎曲并恢復(fù)原狀而不受顯著損傷,，但其可彎曲性（即在單次或有限次彎曲中的抗斷裂能力）可能并不強(qiáng),。相反，另一款極片可能具有出色的可彎曲性,，能夠承受極端的彎曲而不易斷裂,，但其可復(fù)原性（即重復(fù)彎曲后的恢復(fù)能力）可能較差。

因此,，在選擇極片時(shí),，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來權(quán)衡可彎曲性和可復(fù)原性這兩個(gè)因素。如果應(yīng)用場景需要極片能夠頻繁地彎曲并恢復(fù)原狀,，那么可復(fù)原性應(yīng)該成為主要考慮因素,；而如果應(yīng)用場景對極片的單次或有限次彎曲性能有嚴(yán)格要求，那么可彎曲性則更為關(guān)鍵,。同時(shí),，還需要考慮其他相關(guān)因素，如極片的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性,、成本等,，以綜合評估其適用性。

6. 可復(fù)原性測試案例

關(guān)于極片可復(fù)原性的測試案例,，將在本周內(nèi)同步推出,，請持續(xù)關(guān)注！

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