7大合理生產(chǎn)工藝能讓負極片發(fā)揮出其本身的電性能

編者按

對于碾壓后的極片而言，其本身的制作過程已經(jīng)完成，后續(xù)就需要通過合理的生產(chǎn)工藝讓負極片發(fā)揮出其本身的電性能。

對于鋰離子電池企業(yè)而言，在實際生產(chǎn)過程中可以通過監(jiān)測這些數(shù)據(jù)的波動和變化，從而及早的發(fā)現(xiàn)異常、排除異常，從而達到順利進行批量化生產(chǎn)的目的。而對于碾壓后的極片而言，其本身的制作過程已經(jīng)完成，后續(xù)就需要通過合理的生產(chǎn)工藝讓負極片發(fā)揮出其本身的電性能。

1，剝離強度：

粘結(jié)在一起的物質(zhì)，從接觸面進行單位寬度剝離是所需要的最大的力，一般用拉力測試儀進行測試，測試結(jié)果有兩種，一種表征剝離力，單位為是牛頓（N）、千克力（kgf），一種表征剝離強度，表示單位長度上的力，單位為牛頓/米，（N/m）千克力/厘米（kgf/cm），現(xiàn)在行業(yè)標準GB2792以及ASTMD3330已經(jīng)將25mm作為標準寬度單位，其測試設(shè)備以及測試原理如下圖所示：

用雙面膠將待測面固定在剛性的支架上，另一面貼在不銹鋼板上，然后將不銹鋼板和集流體固定在設(shè)備的兩個夾具上，開始測試，設(shè)備以一定的速度和載荷運行，當集流體完全被剝離下來的力就是剝離力。需要指出的是，一個極片的正反兩面其剝離強度往往是不一樣的，在實際生產(chǎn)過程中需要注意，兩面的剝離強度最好不要相差太大，相差太大會導(dǎo)致在使用過程中產(chǎn)生陰陽面的現(xiàn)象，影響電池的性能。

2，表面狀態(tài)：

表面狀態(tài)實際上是一個很籠統(tǒng)的概念，從宏觀上講，肉眼所能看到的極片狀態(tài)都可以叫做表面狀態(tài)，良好的負極表面狀態(tài)是平滑、無顆粒和劃痕的，摸起來也很光滑；若是肉眼都能看出的缺陷，則說明涂布的過程中是存在問題的，需要調(diào)整相關(guān)的參數(shù)。這里將著重介紹一下的極片的微觀性能。

從右邊的圖明顯可以看出負極材料和導(dǎo)電劑分布的不均勻，負極材料有明顯的團聚，這種分布在宏觀上不能直觀的表現(xiàn)出來，若導(dǎo)電劑分布不均，電池在使用過程中會阻抗增大，局部電流密度過大，導(dǎo)致局部析鋰等等問題，所以在實際中需要盡可能讓負極材料和導(dǎo)電劑的分布更加均勻，這樣更有利于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低大電流時所帶來的局部極化過大所產(chǎn)生的問題。除此以外，通過SEM也可以看出極片表面的顆粒是否有破碎、團聚等情況；另外也可以對負極極片的縱剖面進行分析，分析負極材料在縱向是否分布均勻等等，通過多種不同材料的比較，就可以總結(jié)出相關(guān)的經(jīng)驗，給后續(xù)的大批量生產(chǎn)帶來相應(yīng)的指導(dǎo)。

3，孔隙率：

極片的孔隙率之間關(guān)系到后續(xù)電解液的加入量，同時也和電性能相關(guān)。目前測量一般是壓汞儀測試或液體填充測試，后續(xù)通過計算得出極片的孔隙率。通過這個指標可以對不同負極材料的物理性能有個初步的區(qū)分，若孔隙率過大，則需要考慮提高一下材料的壓實密度，如果孔隙率過小，則需要考慮在后續(xù)注液時延長電池的靜置時間等等。

4，表面電阻：

表面電阻又稱表面比電阻。表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個重要數(shù)據(jù)。它代表每平方面積電介質(zhì)表面對正方形的相對二邊間表面泄漏電流所產(chǎn)生的電阻。單位是歐姆。表面電阻的大小除決定于電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成外，還與電壓、溫度、材料的表面狀況、處理條件和環(huán)境濕度有關(guān)。環(huán)境濕度對電介質(zhì)表面電阻的影響極大。表面電阻愈大，絕緣性能愈好。

當然測試的數(shù)據(jù)也是越小越好，通過不同材料、不同導(dǎo)電劑的表面電阻率的比較，可以得出一些適合的配比以及加工工藝，是可以作為生產(chǎn)過程中一個檢驗參數(shù)進行批次性檢驗和記錄的數(shù)據(jù)。

5，吸液性能：

與極片的孔隙率、材料的表面狀態(tài)相關(guān)，一般是在干燥間中用微量的電解液滴加在負極表面，記錄電解液完全消失的時間，通過多次多個的測量，得出相關(guān)的統(tǒng)計規(guī)律，從而用來指導(dǎo)生產(chǎn)過程。

6，接觸角：

指在氣、液、固三相交點處所作的氣-液界面的切線，此切線在液體一方的與固-液交界線之間的夾角θ，是潤濕程度的量度，潤濕過程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上，當達到平衡時，形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式：

γ = γ + γ×cosθ

1）當θ=0，完全潤濕；

2）當θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4）當θ﹥90°，不潤濕；

5）當θ=180°，完全不潤濕。

對于負極材料本身而言，潤濕情況比較好，這個值可能測不出來，但當孔隙率比較低的時候，就有可能測出接觸角了，這個參數(shù)可以比較不同的電解液材料和負極的浸潤性能，是具有一定的意義的。

7，反彈性能：

隨著現(xiàn)在離子電池的能量密度越來越高，負極的涂覆量以及壓實密度也是越來越高，所以，負極極片從制作完成到成品電池完成這一過程中，負極片是有一定程度的反彈的，所以就需要記錄不同階段的負極的厚度，一般記錄碾壓后、烘干后、滿電解剖后的厚度，以此來監(jiān)控負極的厚度變化是否異常，通過批次性的差異考量生產(chǎn)的一致性。

小結(jié)：通過負極極片一系列的檢測，可以得出負極極片基本的物理性能，當然，這些指標需要和后續(xù)的電性能結(jié)合起來才能綜合的去描述一款負極材料的綜合性能，需要說明的是，正極材料也同樣適合這些測試技術(shù)。