
元能科技(廈門)有限公司

已認(rèn)證
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在電池的研發(fā)中,極片柔韌性是影響電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。它如同電池的"骨骼韌性",既需要足夠的強(qiáng)度支撐充放電過程中的體積變化,又需具備良好的延展性以承受反復(fù)的機(jī)械應(yīng)力。目前有許多極片柔韌性的測(cè)試方案,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,例如極片手動(dòng)翻折過輥看透光、繞針看掉粉和三點(diǎn)彎曲法等,但這些人工的方法測(cè)試誤差大、一致性差,能得到的信息比較有限。
元能科技的極片柔韌性設(shè)備(BEF1000)與常規(guī)的檢測(cè)方法不同,該設(shè)備是將極片按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壓力-位移曲線,通過力-位移關(guān)系可以精確分析不同樣品間的柔韌性。正極和負(fù)極材料的的柔韌性差異較大,通常會(huì)采用不同的測(cè)試方法和分析方法。正極:?jiǎn)稳訅涸u(píng)估極片的可彎曲性;負(fù)極:循環(huán)測(cè)試評(píng)估極片的可復(fù)原性。
圖1.元能科技BEF1000設(shè)備和測(cè)試示意圖
正極柔韌性測(cè)試:?jiǎn)稳ρh(huán)下的"臨界點(diǎn)"挑戰(zhàn)
正極極片一般來說會(huì)比較“脆”,在測(cè)試過程中會(huì)出現(xiàn)涂層開裂的現(xiàn)象。因此通常我們采用單圈勻速模式進(jìn)行測(cè)試,通過力-位移曲線的結(jié)果分析正極極片的柔韌性好壞(可彎曲性)。圖2為兩款不同壓實(shí)密度的LFP正極極片測(cè)試數(shù)據(jù),從測(cè)試結(jié)果來看,二者的曲線均有突變點(diǎn),說明極片在測(cè)試過程中有應(yīng)力的釋放,而這應(yīng)力的釋放主要來源于極片表面涂層的開裂。通常來說,極片發(fā)生斷裂的位移越短,說明極片的可彎曲性越差,即柔韌性越差。
圖2. 不同壓實(shí)密度正極的壓力-位移曲線
如果二者的斷裂位移差異不大時(shí),如何進(jìn)一步去考慮二者的差異?可以通過斷裂力/曲線斜率去考量。如圖3,在相同行進(jìn)位移下,力越大說明極片抵抗彎曲變形的能力越強(qiáng),即極片更“硬”。那么越硬的極片柔韌性就越差么?硬度是材料抵抗局部變形的能力,柔韌性反映材料在斷裂前的可變形能力,二者受不同因素主導(dǎo),可能同步變化,也可能此消彼長(zhǎng)。通常來說,極片的硬度和柔韌性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì),硬度高往往伴隨柔韌性低(脆性增加),一個(gè)比較硬的極片(例如,活性物質(zhì)含量高、壓實(shí)密度大、粘結(jié)劑含量少或粘結(jié)劑本身硬度高)通常更容易在彎曲、卷繞或受到?jīng)_擊時(shí)發(fā)生斷裂或掉粉,即柔韌性差。然而,這種關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度和方向受到粘結(jié)劑、活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、壓實(shí)密度、孔隙率、微觀結(jié)構(gòu)等多種因素的共同影響和制約,并不是簡(jiǎn)單的“強(qiáng)”正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。
圖3. 樣品A和樣品B的壓力-位移曲線
負(fù)極柔韌性測(cè)試:循環(huán)中的"疲勞度"狙擊戰(zhàn)
相對(duì)正極而言,負(fù)極極片會(huì)比較軟,在壓縮測(cè)試過程中不會(huì)有明顯的涂層開裂現(xiàn)象,因此可以考慮從另一個(gè)維度進(jìn)行分析:極片的可復(fù)原性(材料在外力作用下發(fā)生形變,撤去外力后能恢復(fù)原狀的能力)。元能科技的BEF1000設(shè)備可以進(jìn)行往返測(cè)試,通過返回原點(diǎn)時(shí)的“殘余應(yīng)力”去評(píng)估極片的可復(fù)原性。殘余應(yīng)力的來源如下:測(cè)試開始之前會(huì)進(jìn)行壓力歸零,極片在往返實(shí)驗(yàn)中會(huì)有一定的能量損失,或者說不可逆形變,因此在返回初始位置時(shí),極片產(chǎn)生的力會(huì)偏離初始值(零),我們將此時(shí)的力稱為“殘余應(yīng)力”。若“殘余應(yīng)力”絕對(duì)值越大,說明極片在往返測(cè)試中損失的“能量”越大,即極片的可復(fù)原性越差。
圖4. 殘余應(yīng)力解析圖
圖5為兩款含有不同粘結(jié)劑的負(fù)極極片,通過往返測(cè)試可以得到樣品的殘余應(yīng)力,其測(cè)試結(jié)果表明樣品①經(jīng)過1圈的往返測(cè)試后其殘余應(yīng)力越接近初始值(零),說明其在測(cè)試過程中的不可逆損傷更小,可復(fù)原性更好,即樣品①擁有更好的柔韌性。此外,元能科技的BEF1000設(shè)備也可以進(jìn)行多圈往返實(shí)驗(yàn),觀察極片疲勞測(cè)試結(jié)果.
圖5. 兩款負(fù)極極片往返測(cè)試圖
小 結(jié)
根據(jù)極片測(cè)試的力-位移曲線和實(shí)際狀態(tài),可以選擇最佳的測(cè)試模式和分析方法。極片的柔韌性雖隱藏在電池內(nèi)部,卻是決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的"隱形戰(zhàn)場(chǎng)"。通過科學(xué)的測(cè)試方法與數(shù)據(jù)洞察,我們正在為每一片電極賦予更強(qiáng)的生命力——讓電池不僅"跑得更遠(yuǎn)",更能"活得長(zhǎng)久"。
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