剖析負(fù)極片剝離強(qiáng)度測(cè)試影響因素

鋰離子電池極片剝離強(qiáng)度是指極片活性物質(zhì)與集流體粘附在一起的牢固程度，是涂層機(jī)械性能的重要指標(biāo)之一。對(duì)負(fù)極極片剝離強(qiáng)度的測(cè)試，可評(píng)估黏結(jié)劑丁苯橡膠 （SBR）的使用是否合理，以及涂布工序的質(zhì)量。此外，負(fù)極片涂層與集流體之間的剝離強(qiáng)度，會(huì)影響以石墨體系為負(fù)極的鋰離子電池的循環(huán)性能和內(nèi)阻。

目前，極片涂層剝離強(qiáng)度主要采用劃格法和鋼針法等進(jìn)行定性檢測(cè)，無法定量衡量。即使采用拉開法定量測(cè)試，也缺乏測(cè)試參數(shù)對(duì)結(jié)果影響的研究，因此，研究相關(guān)測(cè)試參數(shù)對(duì)鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極極片剝離強(qiáng)度的影響，尤為重要。

本文作者利用強(qiáng)力雙面膠帶180°剝離法，對(duì)鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極片涂層與集流體之間的剝離強(qiáng)度進(jìn)行定量測(cè)試，通過研究極片寬度、數(shù)據(jù)處理范圍、極片拉伸速度和輥壓次數(shù)對(duì)極片剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的影響，確定最優(yōu)測(cè)試參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品的制備先用平板切紙刀將石墨負(fù)極片裁剪成長(zhǎng)度為170mm，寬度分別為20mm、25mm、30mm和 35mm的長(zhǎng)條狀；再用脫脂紗布將無刻度鋼板尺擦拭干凈，不留污漬和灰塵；然后將寬60mm的透明膠帶橫貼在晾干后的無刻度鋼板尺底部，端面平齊；接著，將寬25mm的雙面膠貼在透明膠帶上，長(zhǎng)度與透明膠帶的寬度相同，位置居中；最后，將測(cè)試樣粘貼在雙面膠上，端面平齊，用直徑84mm、高45mm的壓輪（2kg）在極片表面來回輥壓。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法將實(shí)驗(yàn)樣品中負(fù)極片自由端翻折180°后，夾在AG—X plus電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的上夾持器上，無刻度鋼板尺央在下夾持器上，在22～28℃、濕度小于25％的條件下， 制取若干30mm寬的負(fù)極片，極片拉伸速度為50mm/min、100mm/min和200mm/min，測(cè)試取拉伸25～80mm的平均值，對(duì)負(fù)極極片進(jìn)行剝離，待極片集流體和涂層完全分離時(shí)，讀取極片涂層剝離強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果。

采用單一變量法，分別研究極片寬度、拉伸距離數(shù)據(jù)范圍、極片拉伸速度及壓輪輥壓次數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影 響。

2 結(jié)果與討論

2.1 極片寬度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響分別制取若干寬度為20mm、25mm、30mm和35mm的負(fù)極極片，其他測(cè)試參數(shù)不變，研究負(fù)極極片寬度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖1。

從圖1可知，當(dāng)極片寬度為20-35mm時(shí) ，隨著負(fù)極極片寬度的增加，剝離強(qiáng)度逐漸上升，主要原因是所用的雙面膠為25mm寬，當(dāng)極片寬度為20mm、25mm時(shí)，剝離過程會(huì)導(dǎo)致極片邊緣與雙面膠接觸，極片雙面膠與負(fù)極涂覆區(qū)接觸的面積變小，黏結(jié)強(qiáng)度隨膠粘劑與被粘表面接觸面積的增大而增加；

當(dāng)極片寬度大于25mm時(shí)，不同寬度極片在剝離過程的重心不同，當(dāng)極片寬度為35mm時(shí)，極片重心達(dá)到最佳位置，測(cè)試值趨于穩(wěn)定。夾持極片的十字頭端面寬度為35mm，且極片寬度為30mm時(shí)，測(cè)試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，僅為0.96％。綜上所述，確定制取的極片寬度選取30mm。

2.2 拉伸距離數(shù)據(jù)范圍對(duì)剝離強(qiáng)度的影響分析剝離強(qiáng)度測(cè)試曲線，研究拉伸距離數(shù)據(jù)范圍對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖2。

從圖2可知，拉伸距離數(shù)據(jù)范圍很重要，且對(duì)剝離強(qiáng)度的影響相當(dāng)大。因?yàn)闇y(cè)試剝離強(qiáng)度時(shí)，測(cè)試曲線開始段有波峰，末尾段有波谷，所以應(yīng)該取曲線平穩(wěn)的一段數(shù)據(jù)的平均值作為極片剝離強(qiáng)度。為防止剝離過程出現(xiàn)異常，可在剝離前將極片與雙面膠輕輕剝開1mm，再進(jìn)行測(cè)試，拉伸距離數(shù)據(jù)范圍仍選取25～80mm，并保證這段范圍內(nèi)極片測(cè)試曲線平穩(wěn)。若測(cè)試曲線仍不穩(wěn)定，則需重新取樣測(cè)試。

2.3 極片拉伸速度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響極片拉伸速度分別設(shè)置為50mm/min、100mm/min和200mm/min，其他測(cè)試參數(shù)不變，研究不同極片拉伸速度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖3。

從圖3可知，極片拉伸速度為50～200mm/min時(shí)，隨著拉伸速度的增大，剝離強(qiáng)度先下降、再趨于平穩(wěn)，但從測(cè)試的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性來看，拉伸速度為100mm/min時(shí)，測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，而50mm/min時(shí)，測(cè)試的結(jié)果穩(wěn)定性最差。這主要是因?yàn)楫?dāng)拉伸速度太慢時(shí)，雙面膠和極片接觸的時(shí)間長(zhǎng)，所需的剝離強(qiáng)度大，且測(cè)試的曲線穩(wěn)定性差。綜上所述， 從數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、時(shí)間成本和測(cè)試穩(wěn)定性等方面考慮，選擇極片拉伸速度為100mm/min。

2.4 輥壓次數(shù)對(duì)剝離強(qiáng)度的影響改變壓輪在極片表面自由來回輥壓的次數(shù)，其他測(cè)試參數(shù)不變，研究輥壓次數(shù)對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖 4。

在輥壓機(jī)上承受的大壓力，已使活性物質(zhì)和集流體緊密結(jié)合，測(cè)試所用的壓輪壓力很小，只起到將極片粘結(jié)在雙面膠上的作用，并不會(huì)改變涂層的剝離強(qiáng)度。從測(cè)試的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性來看，當(dāng)輥壓次數(shù)為3次時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最小，僅為0.96％，因此選擇壓輪在極片表面輥壓的次數(shù)為3次。

2.5 重復(fù)性研究研究不同極卷的極片在該測(cè)試條件下的重復(fù)性，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

從表1可知，5組樣品4次平行測(cè)試所得的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.94％、2.17％、1.05％、0.96％和1.99％，說明在該測(cè)試條件下，測(cè)試的精確度比較高，重復(fù)性比較好。

3 結(jié)論在實(shí)驗(yàn)機(jī)上測(cè)試鋰離子電池負(fù)極片的剝離強(qiáng)度，極片寬度取30mm，極片拉伸速度設(shè)置為100mm/min，有效拉伸距離為100mm，極片粘結(jié)在雙面膠上后，用壓輪在極片表面自由來回輥壓3次，測(cè)試數(shù)據(jù)處理范圍取25—80mm的平均值時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度高且測(cè)試的穩(wěn)定性好。重復(fù)性測(cè)試結(jié)果表明：利用上述條件可定量測(cè)試負(fù)極極片的剝離強(qiáng)度，測(cè)試方法簡(jiǎn)單，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性較好，準(zhǔn)確程度較高，相對(duì)偏差小于3％。

作者：霍首星；王偉；白玲玲；葉志國(guó)

編輯：jq