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1. 背景

鋰離子電池極片是一種由電極涂層和集流體箔材組成的三層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，即顆粒組成的涂層均勻地涂敷在金屬集流體兩側(cè)。極片的機(jī)械穩(wěn)定性對電池有重要影響，機(jī)械穩(wěn)定性差的極片可能出現(xiàn)的失效方式包括：涂層從集流體剝離、涂層開裂，活性顆粒脫落等，這些都會影響電池的容量和循環(huán)壽命。除了影響電池的性能外，極片機(jī)械穩(wěn)定性在電池制造過程中也起著重要作用。極片在輥壓和繞卷等電池制造過程中不可避免會受到外部應(yīng)力，可能會導(dǎo)致活性物質(zhì)（AM）顆粒脫落、電極膜從集流體上剝離等情況。特別是對于卷繞工藝，由于極片在卷曲過程中的曲率不同，這就對極片的柔韌性提出了要求，需要極片在卷繞時能夠適應(yīng)不同的曲率變化，以確保電池極片的結(jié)構(gòu)完整性和性能的穩(wěn)定性。柔韌性好的極片可以減少在卷繞過程中由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的材料損傷，從而提高電池的可靠性和壽命。

2. 柔韌性的定義

在實(shí)際應(yīng)用中，柔韌性通常是可彎曲性（彎曲一次而不斷裂的能力）和可復(fù)原性（重復(fù)彎曲的能力）的綜合體現(xiàn)。具有良好柔韌性的極片，能夠在受到彎曲應(yīng)力時不易斷裂或產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，同時在形變后，當(dāng)外力撤除時極片能夠恢復(fù)到接近其原始形狀和原始應(yīng)力狀態(tài)。

表1.極片的可彎曲性和可復(fù)原性

如表1所示，極片的可彎曲性和可復(fù)原性都可以在一定程度上反映極片的柔韌性，但它們各自側(cè)重點(diǎn)不同?？蓮澢缘膫?cè)重點(diǎn)在于極片在單次或有限次彎曲過程中抵抗斷裂或破壞的能力。它關(guān)注的是極片在極端彎曲條件下的結(jié)構(gòu)完整性和強(qiáng)度表現(xiàn)?？蓮?fù)原性的側(cè)重點(diǎn)在于極片在多次彎曲過程中發(fā)生形變后的恢復(fù)能力和長期穩(wěn)定性。它關(guān)注的是極片在外力撤除后恢復(fù)原狀的能力，且這種形變和恢復(fù)過程可以重復(fù)多次。

3.柔韌性的測試方案

元能科技的極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000（圖1），是專為鋰離子電池極片設(shè)計(jì)的測試設(shè)備，滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求。該設(shè)備采用極片應(yīng)力-應(yīng)變曲線的基本測試方法，即將極片特定角度彎曲后固定在測試裝置上，然后通過施加位移來使極片發(fā)生形變，測量極片在不同形變程度下的應(yīng)力和應(yīng)變（應(yīng)力-位移）。BEF1000支持不同的測試模式（圖2），可用于極片可彎曲性和可復(fù)原性的測試和分析。

圖1.元能科技BEF1000及其3大功能特點(diǎn)

圖2.BEF1000不同的測試模式

4. 可彎曲性的測試案例

（1）兩款不同的LFP極片

圖3.兩款LFP極片單次彎曲的壓縮曲線及斷裂點(diǎn)數(shù)值

兩款不同的LFP正極極片，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進(jìn)行單次彎曲測試，當(dāng)極片彎曲到一定的應(yīng)力值時停止試驗(yàn)。根據(jù)壓縮曲線（圖3）可以看出，兩款極片都有明顯的突變點(diǎn)或拐點(diǎn)，說明極片彎曲的過程中發(fā)生了非均勻的形變，且發(fā)生應(yīng)力衰減，對應(yīng)極片的斷裂行為。LFP-1的斷裂點(diǎn)對應(yīng)的壓縮位移較小，說明極片在較小的形變下即達(dá)到斷裂點(diǎn)。LFP-1的斷裂點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力較小，說明極片所能承受的最大應(yīng)力較小。以上結(jié)果反映LFP-1極片更容易受到外部應(yīng)力或內(nèi)部應(yīng)變的影響而發(fā)生斷裂，其柔韌性相對較差。

（2）兩款不同的硬碳負(fù)極極片

圖4.兩款硬碳極片單次彎曲的壓縮-恢復(fù)曲線

兩款不同的硬碳負(fù)極極片，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進(jìn)行單次彎曲的壓縮-恢復(fù)的測試，當(dāng)極片彎曲到一定的應(yīng)力值時，以相同速率恢復(fù)到位移零點(diǎn)位置后停止測試。根據(jù)壓縮-恢復(fù)曲線（圖4）可以看出，負(fù)極B有一個小的突變點(diǎn)或拐點(diǎn)，說明發(fā)生明顯的應(yīng)力衰減過程。拐點(diǎn)的出現(xiàn)往往標(biāo)志著極片從彈性階段進(jìn)入塑性階段，因此也可以說明負(fù)極B的可彎曲性較差，對應(yīng)柔韌性較差。

5. 可彎曲性和可復(fù)原性之間的關(guān)系

極片的可彎曲性和可復(fù)原性并不一定都是優(yōu)的，它們之間存在一定的平衡和折中關(guān)系。一款極片可能表現(xiàn)出優(yōu)異的可復(fù)原性，即能夠多次彎曲并恢復(fù)原狀而不受顯著損傷，但其可彎曲性（即在單次或有限次彎曲中的抗斷裂能力）可能并不強(qiáng)。相反，另一款極片可能具有出色的可彎曲性，能夠承受極端的彎曲而不易斷裂，但其可復(fù)原性（即重復(fù)彎曲后的恢復(fù)能力）可能較差。

因此，在選擇極片時，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求來權(quán)衡可彎曲性和可復(fù)原性這兩個因素。如果應(yīng)用場景需要極片能夠頻繁地彎曲并恢復(fù)原狀，那么可復(fù)原性應(yīng)該成為主要考慮因素；而如果應(yīng)用場景對極片的單次或有限次彎曲性能有嚴(yán)格要求，那么可彎曲性則更為關(guān)鍵。同時，還需要考慮其他相關(guān)因素，如極片的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、成本等，以綜合評估其適用性。

6. 可復(fù)原性測試案例

關(guān)于極片可復(fù)原性的測試案例，將在本周內(nèi)同步推出，請持續(xù)關(guān)注！