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一、背景

隨著鋰離子電池技術(shù)的快速發(fā)展，電極材料的性能成為影響電池綜合性能的關(guān)鍵因素。極片作為電極的重要組成部分，其柔韌性直接影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。因此，對(duì)極片柔韌性的測(cè)試和評(píng)估至關(guān)重要。

目前，電池極片柔韌性的測(cè)試方法多種多樣，不同的廠家可能會(huì)根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)和測(cè)試需求采用不同的方法。以下是一些常見的電池極片柔韌性測(cè)試方法：

圖1.當(dāng)前電池極片柔韌性的測(cè)試方法

目前，電池極片柔韌性的測(cè)試方法多種多樣。大多數(shù)方法還是關(guān)注極片在受到外力作用下的變形和斷裂行為，因此測(cè)試應(yīng)力-應(yīng)變曲線的方法還是相對(duì)直接、高效，被廣泛認(rèn)可的。但是這一塊的測(cè)試尚無標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和測(cè)試方法支持，仍然有較多廠家采用人工方法進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，其測(cè)試誤差大、一致性差，能得到的信息比較有限。

二、極片柔韌性測(cè)試方案

為了將柔韌性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化，元能科技開發(fā)了一款新型的極片柔韌性測(cè)試設(shè)備BEF1000（圖2），滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求。該設(shè)備沿用極片應(yīng)力-應(yīng)變曲線的基本測(cè)試方法，即將極片特定角度彎曲后固定在測(cè)試裝置上，然后通過施加位移來使極片發(fā)生形變，測(cè)量極片在不同形變程度下的應(yīng)力和應(yīng)變（壓力-位移），評(píng)估極片柔韌性。

 圖2.元能科技BEF1000及其3大功能特點(diǎn)

另外，BEF1000創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了3大功能特點(diǎn)：

（1）整機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位移控制和測(cè)量，外加高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)采集極片受到的壓力；支持勻速施壓或循環(huán)往返施壓等測(cè)試模式。

（2）整個(gè)測(cè)試機(jī)構(gòu)可以90°翻轉(zhuǎn)，滿足測(cè)試人員對(duì)極片水平施壓（橫向）以及垂直施壓（縱向）的測(cè)試要求，適用不同場(chǎng)景。

（3）極片可離線夾持后，再安裝進(jìn)測(cè)試機(jī)構(gòu)中進(jìn)行測(cè)試；如極片直接在測(cè)試位夾持時(shí)易造成極片扭曲及錯(cuò)位，且操作不便。

三、極片柔韌性測(cè)試案例

1、不同三元正極極片

我們選取相同材料不同壓實(shí)密度的三元正極極片和純箔材：大壓密、小壓密、純箔材，評(píng)估它們的柔韌性情況。我們將3種極片分別裁切成多張3*4cm尺寸的小極片進(jìn)行測(cè)試（平行測(cè)試），采用勻速下壓的模式，速率0.2mm/s。平行測(cè)試結(jié)果較為一致，因此我們選取其中單次測(cè)試的數(shù)據(jù)作壓力-位移曲線圖，并對(duì)應(yīng)求得曲線的一階導(dǎo)數(shù)圖（圖3）。注：3種極片的壓力-位移曲線圖、一階導(dǎo)數(shù)圖采用一致的橫縱坐標(biāo)，為了方便比較，圖中省略了橫、縱坐標(biāo)具體數(shù)值）

 圖3.不同三元極片和純箔材的壓力-位移曲線圖及一階導(dǎo)數(shù)圖

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同極片的壓力-位移曲線的形狀和規(guī)律不同。大壓密極片斷裂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值p1小于小壓密極片斷裂點(diǎn)應(yīng)力值p2，且壓縮位移d1小壓密極片>大壓密極片。從一階導(dǎo)數(shù)圖上看，大壓密極片存在明顯的斷裂行為：清晰的拐點(diǎn)、斷裂時(shí)應(yīng)力值迅速下降。

2、不同壓實(shí)密度LFP極片

同樣的，我們也選取了不同壓實(shí)密度LFP極片裁切成3*4cm尺寸的小極片進(jìn)行測(cè)試（平行測(cè)試），采用勻速下壓的模式，速率0.2mm/s。平行測(cè)試結(jié)果較為一致，因此我們選取其中單次測(cè)試的數(shù)據(jù)作壓力-位移曲線圖（圖4）。

 圖4.不同壓實(shí)密度LFP極片的壓力-位移曲線圖及斷裂功的計(jì)算

結(jié)果表明，壓實(shí)密度越大的極片，對(duì)應(yīng)的斷裂點(diǎn)應(yīng)力值、壓縮位移越??；觀察從零點(diǎn)到斷裂的這一段曲線，可以看出壓實(shí)密度越大的極片，對(duì)應(yīng)的斜率也略大，即在相同的應(yīng)力下，應(yīng)變略小一些。從零點(diǎn)開始加載到斷裂點(diǎn)所吸收的能量，可以通過壓力-位移曲線下的面積來計(jì)算。它反映了極片在斷裂前所經(jīng)歷的總能量輸入，即極片的斷裂功。從圖4中表格可以看到，2.50cc的極片斷裂功最小。綜合上述分析，我們可以得知，柔韌性上：2.30cc>2.42cc>2.50cc。

四、更多信息說明

元能科技新型的極片柔韌性測(cè)試設(shè)備BEF1000，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池極片彎曲夾持時(shí)壓力與壓縮位移的對(duì)應(yīng)曲線來評(píng)估電池極片的柔韌性，以滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求。歡迎鋰電行業(yè)有相關(guān)需求的研發(fā)人員送樣測(cè)試。（寄樣請(qǐng)?zhí)砑游⑿牛?8059877081）

1 測(cè)試對(duì)象：不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同制備工藝的各種正負(fù)極極片。

2 所需極片量：5張極片，每張不小于10*10cm。

3 應(yīng)用場(chǎng)景：材料企業(yè)、電芯企業(yè)的材料研發(fā)部門、品控部門、高校做材料開發(fā)的課題組等，可用于材料設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化、性能評(píng)估等方面。

五、往期推薦

[1] 走進(jìn)電化學(xué) | 電化學(xué)研究的秘密武器—三電極體系

[2] 固態(tài)電池檢測(cè)綜合解決方案

[3] 一種快速預(yù)估電芯壽命衰減的方法-析鋰與膨脹

[4] 走進(jìn)電化學(xué) | 揭秘循環(huán)伏安法的神奇世界