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        元能科技(廈門)有限公司

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        鋰電新型解決方案 | 極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000

        鋰電新型解決方案 | 極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000
        元能科技  2024-06-21  |  閱讀:757

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        一、背景

        隨著鋰離子電池技術(shù)的快速發(fā)展,電極材料的性能成為影響電池綜合性能的關(guān)鍵因素。極片作為電極的重要組成部分,其柔韌性直接影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。因此,對極片柔韌性的測試和評(píng)估至關(guān)重要。


        目前,電池極片柔韌性的測試方法多種多樣,不同的廠家可能會(huì)根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)和測試需求采用不同的方法。以下是一些常見的電池極片柔韌性測試方法:


        圖1.當(dāng)前電池極片柔韌性的測試方法

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        目前,電池極片柔韌性的測試方法多種多樣。大多數(shù)方法還是關(guān)注極片在受到外力作用下的變形和斷裂行為,因此測試應(yīng)力-應(yīng)變曲線的方法還是相對直接、高效,被廣泛認(rèn)可的。但是這一塊的測試尚無標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和測試方法支持,仍然有較多廠家采用人工方法進(jìn)行相關(guān)測試,其測試誤差大、一致性差,能得到的信息比較有限。


        二、極片柔韌性測試方案

        為了將柔韌性測試標(biāo)準(zhǔn)化,元能科技開發(fā)了一款新型的極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000(圖2),滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求。該設(shè)備沿用極片應(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(壓力-位移),評(píng)估極片柔韌性。


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         圖2.元能科技BEF1000及其3大功能特點(diǎn)


        另外,BEF1000創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了3大功能特點(diǎn):

        (1)整機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位移控制和測量,外加高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)采集極片受到的壓力;支持勻速施壓或循環(huán)往返施壓等測試模式。

        (2)整個(gè)測試機(jī)構(gòu)可以90°翻轉(zhuǎn),滿足測試人員對極片水平施壓(橫向)以及垂直施壓(縱向)的測試要求,適用不同場景。

        (3)極片可離線夾持后,再安裝進(jìn)測試機(jī)構(gòu)中進(jìn)行測試;如極片直接在測試位夾持時(shí)易造成極片扭曲及錯(cuò)位,且操作不便。


        三、極片柔韌性測試案例


        1、不同三元正極極片

        我們選取相同材料不同壓實(shí)密度的三元正極極片和純箔材:大壓密、小壓密、純箔材,評(píng)估它們的柔韌性情況。我們將3種極片分別裁切成多張3*4cm尺寸的小極片進(jìn)行測試(平行測試),采用勻速下壓的模式,速率0.2mm/s。平行測試結(jié)果較為一致,因此我們選取其中單次測試的數(shù)據(jù)作壓力-位移曲線圖,并對應(yīng)求得曲線的一階導(dǎo)數(shù)圖(圖3)。注:3種極片的壓力-位移曲線圖、一階導(dǎo)數(shù)圖采用一致的橫縱坐標(biāo),為了方便比較,圖中省略了橫、縱坐標(biāo)具體數(shù)值)


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         圖3.不同三元極片和純箔材的壓力-位移曲線圖及一階導(dǎo)數(shù)圖


        對比發(fā)現(xiàn),不同極片的壓力-位移曲線的形狀和規(guī)律不同。大壓密極片斷裂點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力值p1小于小壓密極片斷裂點(diǎn)應(yīng)力值p2,且壓縮位移d1小壓密極片>大壓密極片。從一階導(dǎo)數(shù)圖上看,大壓密極片存在明顯的斷裂行為:清晰的拐點(diǎn)、斷裂時(shí)應(yīng)力值迅速下降。


        2、不同壓實(shí)密度LFP極片

        同樣的,我們也選取了不同壓實(shí)密度LFP極片裁切成3*4cm尺寸的小極片進(jìn)行測試(平行測試),采用勻速下壓的模式,速率0.2mm/s。平行測試結(jié)果較為一致,因此我們選取其中單次測試的數(shù)據(jù)作壓力-位移曲線圖(圖4)。


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         圖4.不同壓實(shí)密度LFP極片的壓力-位移曲線圖及斷裂功的計(jì)算


        結(jié)果表明,壓實(shí)密度越大的極片,對應(yīng)的斷裂點(diǎn)應(yīng)力值、壓縮位移越??;觀察從零點(diǎn)到斷裂的這一段曲線,可以看出壓實(shí)密度越大的極片,對應(yīng)的斜率也略大,即在相同的應(yīng)力下,應(yīng)變略小一些。從零點(diǎn)開始加載到斷裂點(diǎn)所吸收的能量,可以通過壓力-位移曲線下的面積來計(jì)算。它反映了極片在斷裂前所經(jīng)歷的總能量輸入,即極片的斷裂功。從圖4中表格可以看到,2.50cc的極片斷裂功最小。綜合上述分析,我們可以得知,柔韌性上:2.30cc>2.42cc>2.50cc。


        四、更多信息說明

        元能科技新型的極片柔韌性測試設(shè)備BEF1000,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測電池極片彎曲夾持時(shí)壓力與壓縮位移的對應(yīng)曲線來評(píng)估電池極片的柔韌性,以滿足區(qū)分不同極片柔韌性的要求。歡迎鋰電行業(yè)有相關(guān)需求的研發(fā)人員送樣測試。(寄樣請?zhí)砑游⑿牛?8059877081)


        1 測試對象:不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同制備工藝的各種正負(fù)極極片。


        2 所需極片量:5張極片,每張不小于10*10cm。


        3 應(yīng)用場景:材料企業(yè)、電芯企業(yè)的材料研發(fā)部門、品控部門、高校做材料開發(fā)的課題組等,可用于材料設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化、性能評(píng)估等方面。


        五、往期推薦

        [1] 走進(jìn)電化學(xué) | 電化學(xué)研究的秘密武器—三電極體系

        [2] 固態(tài)電池檢測綜合解決方案

        [3] 一種快速預(yù)估電芯壽命衰減的方法-析鋰與膨脹

        [4] 走進(jìn)電化學(xué) | 揭秘循環(huán)伏安法的神奇世界

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