鋰離子電池極片剝離力影響因素淺析

極片剝離力影響因素鋰離子電池SHREk淺析CONTENT目錄剝離強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法測(cè)試對(duì)剝離強(qiáng)度的影響工藝制程的影響因素烘干過(guò)程中電極內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化01020304烘烤速率對(duì)剝離強(qiáng)度的影響05涂布面密度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響06漿料對(duì)剝離強(qiáng)度的影響07前言：

1、鋰離子電池極片剝離強(qiáng)度-指極片活性物質(zhì)與集流體粘附在一起的牢固程度，是極片的重要指標(biāo)之一。2、對(duì)極片剝離強(qiáng)度的測(cè)試，可評(píng)估黏結(jié)劑的使用是否合理，以及合漿、涂布工序的質(zhì)量。3、涂層與集流體之間的剝離強(qiáng)度對(duì)鋰離子電池的電性能也存在重要影響。例如：循環(huán)性能、倍率、內(nèi)阻等。01剝離強(qiáng)度的評(píng)價(jià)方法40%53%60%

（1）定性評(píng)價(jià)——?jiǎng)澑穹ǎ篴：握住切割刀具使刀垂直于試板表面,先后以橫/豎均勻的切割速率，在涂層上形成規(guī)定的切割數(shù),所有切割應(yīng)劃透至底材表面，切口直至底材；b：清除表面刮出的顆粒粉塵，用手指將膠帶貼在網(wǎng)格上方，并壓平膠帶表面，使膠帶與敷料完全貼合。c：貼上膠帶放置一段時(shí)間，拉住膠帶懸空的一端,并盡可能接近60°左右的角度,在0.1s至2s內(nèi)平穩(wěn)勻速地撕去膠帶。

（2）定量評(píng)價(jià)——180°剝離法

將極片自由端對(duì)折180°，把極片自由端和試驗(yàn)板分別夾在上、下夾持器上，在同一環(huán)境中用拉力試驗(yàn)機(jī)以15mm/min的拉伸速度進(jìn)行連續(xù)剝離，直至極片和涂層完全分離，可以直接讀取極片。測(cè)試方法：a：將一定寬度的透明膠帶橫貼在無(wú)刻度鋼板尺底部與端面平齊；b:再將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)試樣品貼在雙面膠上，端面平齊，用壓輪在極片表面自由來(lái)回輥壓3次以上。

c：將實(shí)驗(yàn)樣品的極片未粘貼的一端翻折180后，夾在拉力機(jī)的上夾持器上，對(duì)極片進(jìn)行剝離，待極片集流體和涂層完全分離時(shí)，讀取剝離強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果，以穩(wěn)定階段BC段的平均值作為剝離強(qiáng)度值。02測(cè)試對(duì)剝離強(qiáng)度的影響（1）極片寬度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響當(dāng)極片寬度為20～35mm時(shí)，隨著極片寬度的增加，剝離強(qiáng)度逐漸上升。主要原因是所用的雙面膠為寬度（25mm），當(dāng)極片寬度（20mm、25mm）時(shí)，測(cè)試極片未完全與雙面膠貼合，剝離過(guò)程會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)強(qiáng)度隨膠粘劑與被粘表面接觸面積的增大而增加，影響剝離測(cè)試結(jié)果。當(dāng)極片寬度大于25mm時(shí)，極片在剝離過(guò)程的重心不同會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。因此測(cè)試極片寬度必須定義標(biāo)準(zhǔn)，不能相差太大。（2）拉伸范圍對(duì)剝離強(qiáng)度的影響從下圖可知：a:拉伸范圍很重要，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(kāi)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)，平均值作為極片剝離強(qiáng)度。b:為防止剝離過(guò)程出現(xiàn)異常，可在剝離前將極片與雙面膠輕輕剝開(kāi)1mm，再進(jìn)行測(cè)試，拉伸范圍仍選取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。

c: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(lái)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。（3）輥壓次數(shù)對(duì)剝離強(qiáng)度的影響在一定范圍內(nèi)，剝離強(qiáng)度基本上不隨輥壓次數(shù)的增加而改變，表明壓輪在極片表面輥壓的次數(shù)，對(duì)極片的剝離強(qiáng)度影響不大，主要原因是輥壓后的極片在輥壓機(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(lái)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0.96%，因此選擇壓輪在極片表面輥壓的次數(shù)為3次。03工藝制程的影響因素

（1）輥壓速度

a：不同輥壓速度輥壓后，極片厚度的差異不明顯，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅有0.25%;但是極片的剝離強(qiáng)度差異明顯，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差高達(dá)11.89%。b：當(dāng)輥壓速度從5m/min增加到70m/min時(shí)，剝離強(qiáng)度從10.89N/m，降低至8.64N/m，平均降低了20.66%。c：在工藝要求一致的情況下，輥壓速度越快，極片與壓輥的接觸時(shí)間越短，極片反彈的可能性越大，導(dǎo)致剝離強(qiáng)度降低在一定范圍輥壓速度(5～70m/min)內(nèi)。d:活性物質(zhì)與集流體仍表現(xiàn)為黏性時(shí)，輥壓速度慢，延長(zhǎng)了壓輥與極片的接觸時(shí)間，極片承受壓力的時(shí)間延長(zhǎng)，從而提高了剝離強(qiáng)度。反之輥壓速度越快，負(fù)極片的剝離強(qiáng)度越低。當(dāng)輥壓速度為5m/min時(shí)，極片強(qiáng)度達(dá)到最大。（2）極片存放時(shí)間從下圖可知：

a:無(wú)論是輥壓前還是輥壓后的極片，剝離強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移先下降，然后趨于平穩(wěn)，最后再下降。b：輥壓前極片存放11d后，剝離強(qiáng)度平均降低了18.99%。輥壓后極片存放11d后，剝離強(qiáng)度平均降低了12.05%（為負(fù)極片）。這主要是負(fù)極片中的羧甲基纖維素鈉(CMC)吸濕造成的。CMC具有強(qiáng)吸濕特性，吸濕程度與大氣溫度以及相對(duì)濕度有關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)平衡后，就不再吸濕。c：若將極片放置在濕度為20%的環(huán)境中，未進(jìn)行干燥處理，極片中的活性物質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的變化而變性，因此生產(chǎn)中輥壓后的極片，需要存放在真空干燥箱里，或輥壓后轉(zhuǎn)運(yùn)至下一道工序，降低極片吸濕掉料的風(fēng)險(xiǎn)。綜上，極片剝離強(qiáng)度存放1d內(nèi)達(dá)到最大。（3）SBR含量

從下圖可知，a：隨著負(fù)極漿料中SBR含量從1.25%增大到2.99%，輥壓前極片剝離強(qiáng)度從11.07N/m上升至97.33N/m，平均提高了779.22%；輥壓后極片剝離強(qiáng)度從9.20N/m上升至41.77N/m，平均提高了354.02%。但是極片柔韌性也隨之變差且易斷裂。b：隨著漿料中SBR含量的增加，與集流體直接接觸的黏結(jié)劑密度增大，因此極片剝離強(qiáng)度增大；c：隨著漿料中SBR含量的增加，極片涂覆烘干后黏結(jié)劑含量在極片單位體積內(nèi)增加，使活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑結(jié)合的更緊密，孔隙變小極片彎曲后恢復(fù)能力變差，導(dǎo)致極片柔韌性變差。（4）合漿工藝粘結(jié)劑在漿料中是否均勻分散對(duì)極片的剝離強(qiáng)度起著至關(guān)重要的的作用，通過(guò)合理的工藝值得均一的漿料有利于提高極片的剝離強(qiáng)度。（5）涂布烘烤制度高速烘干會(huì)使得粘結(jié)劑上浮，電極內(nèi)部產(chǎn)生了非常顯著的濃度梯度。對(duì)于這部分的改善，可以從烘干制度進(jìn)行考慮，烘烤制度分為三種：a:恒定烘干速率，b:遞增烘干速率，c:遞減烘干速率。

相對(duì)于其他兩種烘烤模式，遞減烘干速率可以使粘結(jié)劑分布的更加均一，可以在提高效率的同時(shí)獲得更好的質(zhì)量。04烘干過(guò)程中電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化

(1)：烘干的初始階段，各成分在電極中均勻分布。在干燥過(guò)程中，由于溶劑蒸發(fā)，電極膜收縮，在氣液界面處存在溶度梯度，在固結(jié)顆粒層的表面形成彎月面。溶劑通過(guò)毛細(xì)管力在石墨顆粒間進(jìn)行向表面遷移，并且伴隨著顆粒層膨脹。SBR粘合劑和炭黑的顆粒尺寸至少比石墨小100倍，石墨顆粒間距足夠讓SBR及炭黑自由流動(dòng)，溶劑流動(dòng)會(huì)帶著聚合物及小顆粒一起遷移，使他們?cè)陔姌O的上層富集，當(dāng)溶劑完全蒸發(fā)后，電極膜收縮停止。

(2)烘干過(guò)程主要分為以下三個(gè)階段：

a:空氣-膜界面處溶劑含量不斷下降，直至達(dá)到臨界濃度;

b:從這個(gè)臨界點(diǎn)開(kāi)始，空氣-膜界面處溶劑濃度保持不變；

c:當(dāng)溶劑進(jìn)一步蒸發(fā)時(shí)，空氣-膜界面處溶劑溶度開(kāi)始下降。直到膜形成。05烘烤速率對(duì)剝離強(qiáng)度的影響由烘干過(guò)程分析知，在極片烘干過(guò)程中，SBR粘結(jié)劑及炭黑隨著溶劑蒸發(fā)而向表面遷移，那么烘烤速率對(duì)電極內(nèi)部成分分布影響如何？下圖為不同烘烤速率情況下，從集流體到氣液界面的粘結(jié)劑濃度分布情況，從圖可知，在低烘烤速率（LDR）的情況下，不同位置的粘結(jié)劑分布相對(duì)均勻，而在高烘烤速率（HDR）情況下，從集流體到氣液界面的粘結(jié)劑濃度不斷變大，在集流體與敷料區(qū)處粘結(jié)劑分布很少，這將直接導(dǎo)致剝離強(qiáng)度下降，此外電極阻抗也會(huì)相應(yīng)增大。06涂布面密度對(duì)剝離強(qiáng)度的影響如果電極結(jié)構(gòu)內(nèi)顆粒的固定速度快于溶劑向電極表面的補(bǔ)償流動(dòng)速度，則粘合劑的遷移現(xiàn)象將大大減少，濕涂層中溶劑量越小，溫度越高，溶劑的蒸發(fā)速度越快。從下圖可以看出：

a：低面密度電極，電極阻抗基本上不受溫度的影響，這主要是因?yàn)槿軇┛偭康筒⑶译姌O結(jié)構(gòu)固化快，粘結(jié)劑不會(huì)有明顯的遷移。

b：高面密度電極則表現(xiàn)完全不一樣的特性，恒速蒸發(fā)階段很長(zhǎng)，給粘結(jié)劑遷移提供了足夠的時(shí)間，隨著溫度升高，粘結(jié)劑和炭黑遷移現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致剝離強(qiáng)度變差，并且電極阻抗也會(huì)增大。

c:溫度變化對(duì)面密度及剝離強(qiáng)度的影響①在80℃下，不同面密度的剝離強(qiáng)度差別不大。②當(dāng)達(dá)到110℃時(shí)，遷移速度將會(huì)增大，面密度增大到5.4mg/cm2，那么干燥時(shí)間