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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試方案，不同的廠家可能會根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)和測試需求采用不同的方法，例如極片手動翻折過輥看透光、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)的檢測方法不同，該設(shè)備是將極片按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，通常會采用不同的測試方法和分析方法。正極：單圈加壓評估極片的可彎曲性；負(fù)極：循環(huán)測試評估極片的可復(fù)原性。

圖1.元能科技BEF1000設(shè)備和測試示意圖

正極柔韌性測試：單圈循環(huán)下的"臨界點(diǎn)"挑戰(zhàn)

正極極片一般來說會比較“脆”，在測試過程中會出現(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為兩款不同壓實密度的LFP正極極片測試數(shù)據(jù)，從測試結(jié)果來看，二者的曲線均有突變點(diǎn)，說明極片在測試過程中有應(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，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。通常來說，極片的硬度和柔韌性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢，硬度高往往伴隨柔韌性低（脆性增加），一個比較硬的極片（例如，活性物質(zhì)含量高、壓實密度大、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)極柔韌性測試：循環(huán)中的"疲勞度"狙擊戰(zhàn)

相對正極而言，負(fù)極極片會比較軟，在壓縮測試過程中不會有明顯的涂層開裂現(xiàn)象，因此可以考慮從另一個維度進(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)行往返測試，通過返回原點(diǎn)時的“殘余應(yīng)力”去評估極片的可復(fù)原性。殘余應(yīng)力的來源如下：測試開始之前會進(jìn)行壓力歸零，極片在往返實驗中會有一定的能量損失，或者說不可逆形變，因此在返回初始位置時，極片產(chǎn)生的力會偏離初始值（零），我們將此時的力稱為“殘余應(yīng)力”。若“殘余應(yīng)力”絕對值越大，說明極片在往返測試中損失的“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，通過往返測試可以得到樣品的殘余應(yīng)力，其測試結(jié)果表明樣品①經(jīng)過1圈的往返測試后其殘余應(yīng)力越接近初始值（零），說明其在測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)行多圈往返實驗，觀察極片疲勞測試結(jié)果.

圖5. 兩款負(fù)極極片往返測試圖

小 結(jié)

根據(jù)極片測試的力-位移曲線和實際狀態(tài)，可以選擇最佳的測試模式和分析方法。極片的柔韌性雖隱藏在電池內(nèi)部，卻是決定產(chǎn)品競爭力的"隱形戰(zhàn)場"。通過科學(xué)的測試方法與數(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"活得長久"。