負(fù)極片在不同環(huán)境濕度存儲(chǔ)的厚度膨脹研究

張立君 陳慧龍

摘 ? 要：本文主要改變存儲(chǔ)的環(huán)境濕度和時(shí)間，本文主要環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片厚度膨脹的影響。負(fù)極片輥壓后1.5h，環(huán)境濕度9.5%、4.1%和1.5%放置的負(fù)極片膨脹率穩(wěn)定在2.0%、1.4%和0.9%附近。負(fù)極片真空烘烤后放置在環(huán)境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環(huán)境中2h、5h和7.5h，負(fù)極片膨脹率均小于0.4%。得出結(jié)論環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片膨脹的影響只發(fā)生在負(fù)極片輥壓后烘烤前，對(duì)真空烘烤后的負(fù)極片沒(méi)有影響。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池 ?負(fù)極片 ?環(huán)境濕度 ?膨脹

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（c）-0106-02

隨著近幾年電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池，特別是動(dòng)力鋰離子電池的品質(zhì)要求有了顯著提高。高能量密度鋰離子電池存在鼓脹、安全性能差及循環(huán)衰減快的問(wèn)題[1-4]。極片厚度在輥壓后出現(xiàn)微小的膨脹是正常現(xiàn)象，但是如果膨脹值較大，則可能會(huì)影響中段的電芯封裝及電池性能。輥壓后的正極片在入殼前膨脹率一般低于2%，而輥壓后的負(fù)極片入殼前膨脹率可達(dá)到8%[1-2]。負(fù)極片的制造需要經(jīng)過(guò)涂布、輥壓、分切和烘烤才能進(jìn)行卷繞入殼。這些工序都需要在車(chē)間進(jìn)行完成，車(chē)間濕度可能對(duì)極片的性能有影響。環(huán)境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。鋰離子電池生產(chǎn)車(chē)間水分的來(lái)源基本上來(lái)自空氣中的水分、人體產(chǎn)生的水分和物料所帶的水分等[5]。車(chē)間一般是通過(guò)開(kāi)啟除濕機(jī)降低濕度，而除濕機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)能量消耗很大，在非必要的情況下需對(duì)其進(jìn)行關(guān)閉或間斷性關(guān)閉。本文從環(huán)境濕度角度，研究鋰離子電池負(fù)極片輥壓后烘烤前以及負(fù)極片烘烤后兩個(gè)階段的儲(chǔ)存濕度和時(shí)間對(duì)負(fù)極片膨脹率的影響。

1 ?實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品的制備

對(duì)石墨負(fù)極片（玉皇產(chǎn)）進(jìn)行輥壓，壓實(shí)1.6g/cm3，負(fù)極片壓實(shí)厚度139μm，銅箔厚度8μm。將輥壓好的負(fù)極片立刻使用平板切紙刀將負(fù)極片裁剪成長(zhǎng)度為10cm，寬度為5 cm的長(zhǎng)條狀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取三個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，每個(gè)樣品標(biāo)記四個(gè)位點(diǎn)，分別記為1、2、3、4，測(cè)量每個(gè)位點(diǎn)的厚度并記錄。然后將實(shí)驗(yàn)樣品負(fù)極片分別放置在環(huán)境濕度為1.5%、4.5%、10%的常溫環(huán)境中，于1h、1.5h、2.5h、5h時(shí)間點(diǎn)測(cè)量每個(gè)位點(diǎn)的厚度并記錄。上述實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)試完畢后放入真空干燥箱，85℃真空干燥12h后取出測(cè)每個(gè)樣品位點(diǎn)的厚度并記錄。

采用單一變量法，研究環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片的厚度膨脹影響。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境濕度對(duì)輥壓后烘烤前的負(fù)極片膨脹影響

把輥壓后的負(fù)極片分別放在環(huán)境濕度為1.5%、4.5%、10%的常溫環(huán)境中，在0h、1h、1.5h、2.5h、5h測(cè)量負(fù)極片厚度，其他參數(shù)不變，然后對(duì)極片進(jìn)行85℃真空烘干12h，其他參數(shù)不變，研究研究環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片厚度膨脹的影響，及烘烤后極片厚度膨脹的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可知，當(dāng)負(fù)極片輥壓后放在環(huán)境濕度9.5%、4.1%和1.5%下，隨著時(shí)間的增加，極片膨脹率逐漸上升，當(dāng)時(shí)間達(dá)到1.5h后，極片膨脹率幾乎不變，表明負(fù)極片在輥壓后1.5h，負(fù)極片膨脹率已接近最大。負(fù)極片輥壓后1.5h，環(huán)境濕度9.5%、4.1%和1.5%放置的負(fù)極片膨脹率穩(wěn)定在0.9%、1.4%和2.0%附近，說(shuō)明環(huán)境濕度越大，負(fù)極片膨脹穩(wěn)定后的膨脹率越小。另外，從圖1中可知，放在環(huán)境濕度為1.5%、4.5%、10%常溫環(huán)境中5h的負(fù)極片在85℃真空烘烤12h后，極片膨脹率分別為7.9%、8.2%和8.0%。在不同的環(huán)境濕度下放置的負(fù)極片烘烤后極片膨脹率數(shù)值最大差值0.3%。綜上所述，負(fù)極片在不同濕度環(huán)境下都會(huì)在1～1.5h達(dá)到膨脹最大值，并且負(fù)極片的膨脹率隨著環(huán)境濕度的升高而有所降低，負(fù)極片烘烤后的極片膨脹率跟烘烤前的放置環(huán)境濕度沒(méi)有明顯關(guān)系。

2.2 環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片烘烤后放置的膨脹影響

把輥壓后的負(fù)極片進(jìn)行85℃真空烘干12h后，分別放在環(huán)境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環(huán)境中2h、5h和7.5h，其它參數(shù)不變，研究環(huán)境濕度對(duì)烘烤后負(fù)極片厚度膨脹的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2中可知，負(fù)極片真空烘烤后，放置在環(huán)境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環(huán)境中2h、5h和7.5h，負(fù)極片膨脹率都小于0.4%，說(shuō)明負(fù)極片真空烘烤后，極片厚度不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境濕度和放置時(shí)間的變化而改變。

3 ?結(jié)語(yǔ)

環(huán)境濕度對(duì)負(fù)極片膨脹的影響只發(fā)生在負(fù)極片輥壓后烘烤前，環(huán)境濕度越大，負(fù)極片膨脹率越小。負(fù)極片真空烘烤12h后，極片膨脹率不因烘烤前存儲(chǔ)環(huán)境濕度變化而改變，同時(shí)也不隨著烘烤后環(huán)境濕度和時(shí)間變化而改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)極片最終膨脹率不因輥壓后和真空烘烤后存儲(chǔ)擱置的環(huán)境濕度改變而改變。

參考文獻(xiàn)

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