負極片在不同環境濕度存儲的厚度膨脹研究

張立君 陳慧龍

摘 ? 要：本文主要改變存儲的環境濕度和時間，本文主要環境濕度對負極片厚度膨脹的影響。負極片輥壓后1.5h，環境濕度9.5%、4.1%和1.5%放置的負極片膨脹率穩定在2.0%、1.4%和0.9%附近。負極片真空烘烤后放置在環境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環境中2h、5h和7.5h，負極片膨脹率均小于0.4%。得出結論環境濕度對負極片膨脹的影響只發生在負極片輥壓后烘烤前，對真空烘烤后的負極片沒有影響。

關鍵詞：鋰離子電池 ?負極片 ?環境濕度 ?膨脹

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（c）-0106-02

隨著近幾年電動汽車行業的快速發展，對鋰離子電池，特別是動力鋰離子電池的品質要求有了顯著提高。高能量密度鋰離子電池存在鼓脹、安全性能差及循環衰減快的問題[1-4]。極片厚度在輥壓后出現微小的膨脹是正常現象，但是如果膨脹值較大，則可能會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%，而輥壓后的負極片入殼前膨脹率可達到8%[1-2]。負極片的制造需要經過涂布、輥壓、分切和烘烤才能進行卷繞入殼。這些工序都需要在車間進行完成，車間濕度可能對極片的性能有影響。環境濕度越大，電池材料越容易吸收空氣中的水分。鋰離子電池生產車間水分的來源基本上來自空氣中的水分、人體產生的水分和物料所帶的水分等[5]。車間一般是通過開啟除濕機降低濕度，而除濕機的長時間運行對能量消耗很大，在非必要的情況下需對其進行關閉或間斷性關閉。本文從環境濕度角度，研究鋰離子電池負極片輥壓后烘烤前以及負極片烘烤后兩個階段的儲存濕度和時間對負極片膨脹率的影響。

1 ?實驗

1.1 實驗樣品的制備

對石墨負極片（玉皇產）進行輥壓，壓實1.6g/cm3，負極片壓實厚度139μm，銅箔厚度8μm。將輥壓好的負極片立刻使用平板切紙刀將負極片裁剪成長度為10cm，寬度為5 cm的長條狀。

1.2 實驗方法

取三個實驗樣品，每個樣品標記四個位點，分別記為1、2、3、4，測量每個位點的厚度并記錄。然后將實驗樣品負極片分別放置在環境濕度為1.5%、4.5%、10%的常溫環境中，于1h、1.5h、2.5h、5h時間點測量每個位點的厚度并記錄。上述實驗樣品測試完畢后放入真空干燥箱，85℃真空干燥12h后取出測每個樣品位點的厚度并記錄。

采用單一變量法，研究環境濕度對負極片的厚度膨脹影響。

2 ?結果與討論

2.1 環境濕度對輥壓后烘烤前的負極片膨脹影響

把輥壓后的負極片分別放在環境濕度為1.5%、4.5%、10%的常溫環境中，在0h、1h、1.5h、2.5h、5h測量負極片厚度，其他參數不變，然后對極片進行85℃真空烘干12h，其他參數不變，研究研究環境濕度對負極片厚度膨脹的影響，及烘烤后極片厚度膨脹的影響結果見圖1。

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

2.2 環境濕度對負極片烘烤后放置的膨脹影響

把輥壓后的負極片進行85℃真空烘干12h后，分別放在環境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環境中2h、5h和7.5h，其它參數不變，研究環境濕度對烘烤后負極片厚度膨脹的影響，結果見圖2。

從圖2中可知，負極片真空烘烤后，放置在環境濕度為1.5%、5%和13%的常溫環境中2h、5h和7.5h，負極片膨脹率都小于0.4%，說明負極片真空烘烤后，極片厚度不會因為環境濕度和放置時間的變化而改變。

3 ?結語

環境濕度對負極片膨脹的影響只發生在負極片輥壓后烘烤前，環境濕度越大，負極片膨脹率越小。負極片真空烘烤12h后，極片膨脹率不因烘烤前存儲環境濕度變化而改變，同時也不隨著烘烤后環境濕度和時間變化而改變。實驗結果表明，負極片最終膨脹率不因輥壓后和真空烘烤后存儲擱置的環境濕度改變而改變。

參考文獻

[1] 賀雨雨，陳煒，馮德圣，等.黏結劑對鋰離子電池負極膨脹的影響[J].電池，2017（3）.

[2] 劉盼星.鋰離子二次電池負極材料的制備與性能研究[D].南京大學，2015.

[3] 李偉偉.鋰離子電池負極硅/石墨/碳材料的改性及應用研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[4] 陳瑤，呂豪杰，石先興.硅負極的應用技術研究進展[J].電源技術，2016，40（3）：69.

[5] 羨小超，向軍，張勇，等.硅-石墨/炭負極制備工藝對其性能的影響機制研究[J].化工新型材料，2015（10）：126-128.