電池能量密度一直都是鋰離子電池研究的熱點(diǎn)之一，選擇高容量的正負(fù)極材料、提高極片壓實(shí)密度等方法都能極大的提升電池能量密度，但過(guò)高的壓實(shí)密度往往會(huì)影響電池倍率性能，甚至帶來(lái)安全隱患，所以尋求合適的壓實(shí)密度對(duì)于電池設(shè)計(jì)具有重要的意義。由于電池實(shí)際生產(chǎn)中的極片壓片通常是采用輥壓方式，但有些實(shí)驗(yàn)室在制備少量的極片時(shí)也會(huì)采用平壓的方式，且目前測(cè)試極片電阻時(shí)也都是垂直平壓，這兩種方式對(duì)石墨顆粒的排布方向可能會(huì)有差異，因此本文通過(guò)對(duì)比平壓和輥壓這兩種壓片方式對(duì)極片壓實(shí)密度和電阻率的影響，給電池設(shè)計(jì)人員提供可參考的數(shù)據(jù)支持。

圖1正負(fù)極極片輥壓示意圖

實(shí)驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

極片電阻儀，型號(hào)BER2500（IEST元能科技），電極直徑14mm，可施加壓強(qiáng)5~60MPa，設(shè)備外觀如圖2所示。

1.2 測(cè)試方法：

將待測(cè)極片剪切成約5cm×10cm的長(zhǎng)方形尺寸，放置于樣品臺(tái)上，在MRMS軟件上設(shè)置測(cè)試壓強(qiáng)、保壓時(shí)間等參數(shù)，開(kāi)始測(cè)試，軟件自動(dòng)讀取極片厚度、電阻、電阻率、電導(dǎo)率等數(shù)據(jù)。

1.3 測(cè)試參數(shù)：

對(duì)未輥壓、輥壓后極片測(cè)試不同壓強(qiáng)下極片反彈量；

對(duì)未輥壓極片采先平壓后再?gòu)?fù)壓，對(duì)比兩者的電阻率；

對(duì)未輥壓、輥壓后極片測(cè)試不同壓強(qiáng)下電阻率。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1兩種不同壓片方式極片厚度反彈量對(duì)比

對(duì)平壓和輥壓后的極片測(cè)試靜置約24h的厚度反彈量，如圖3所示，從圖中可知：壓實(shí)密度較低時(shí)，平壓后極片厚度反彈量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輥壓后極片厚度反彈量，且平壓方式隨著壓實(shí)密度的增加，反彈量也隨之增大，反彈量由低壓實(shí)下的0.4%增加到高壓實(shí)下的26%；輥壓后極片在低壓實(shí)下反彈量波動(dòng)較小，反彈量在4%-12%左右，等達(dá)到一定壓實(shí)后，反彈量急劇增加達(dá)24%，此時(shí)極片厚度反彈量接近平壓后極片厚度反彈量。以上現(xiàn)象說(shuō)明在小壓實(shí)密度范圍內(nèi)，輥壓方式施壓時(shí)，雖然有側(cè)向剪切力，但是卸壓后，顆粒之間的反彈比平壓方式施壓時(shí)的更大，但隨著壓實(shí)密度的增大，兩種方式施壓后極片厚度反彈量基本一致。

圖3輥壓&平壓極片厚度反彈量對(duì)比

2.2 平壓及復(fù)壓測(cè)試極片電阻率對(duì)比

將未輥壓極片平壓后再?gòu)?fù)壓對(duì)比復(fù)壓前后電阻率差異，如圖4所示，從圖中可知：極片不同壓強(qiáng)平壓后隨著壓實(shí)密度增大，極片電阻率隨之降低，成線性相關(guān)關(guān)系；而用5MPa壓強(qiáng)復(fù)壓后測(cè)試極片電阻率，隨壓實(shí)密度增大，極片電阻率反而變大，但壓實(shí)大于一定值后，電阻率隨之減小。這種現(xiàn)象主要是由于不同壓力平壓時(shí)，隨測(cè)試壓力的增加，電極與極片表面的接觸電阻不斷減小且極片涂層中顆粒之間的接觸電阻也不斷減小導(dǎo)致，而再用5MPa復(fù)壓測(cè)試不同壓密的極片電阻率時(shí)，雖然極片涂層中的顆粒之間的接觸電阻減小，但是測(cè)試電極與極片表面的接觸電阻不斷增大，反而使總的電阻率表現(xiàn)出隨壓實(shí)密度而增大的趨勢(shì)。

圖4 (a）平壓后電阻率&壓實(shí)密度

圖4（b）復(fù)壓后電阻率&壓實(shí)

2.3 平壓和輥壓后再?gòu)?fù)壓兩者電阻率對(duì)比

將極片平壓、輥壓后再?gòu)?fù)壓測(cè)試兩者的電阻率，如圖5所示，從圖中可知：極片平壓再?gòu)?fù)壓后隨壓實(shí)密度增大，極片電阻率也先逐漸增大而后降低；而輥壓后再?gòu)?fù)壓，隨壓實(shí)密度增大，極片電阻率先增加后相對(duì)平穩(wěn)又降低，且極片一旦經(jīng)過(guò)輥壓，電阻率會(huì)明顯上升，總的電阻率也大于相同壓實(shí)密度條件下平壓的電阻率。以上現(xiàn)象可能是輥壓對(duì)極片表面狀態(tài)的影響大于平壓，從而使測(cè)試電極與極片表面的接觸電阻更大，或者可能是由于輥壓方式會(huì)導(dǎo)致石墨片層發(fā)生滑移使更多的導(dǎo)電性較差的基面平行排列，從而使極片電阻率變大。

圖5 (a）平壓后再?gòu)?fù)壓電阻率&壓實(shí)

圖5（b）輥壓后再?gòu)?fù)壓電阻率&壓實(shí)

總 結(jié)

★ 本文采用不同壓片方式評(píng)估石墨負(fù)極反彈量和電阻性能，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：

1、平壓和輥壓方式極片反彈量差別較大；

2、平壓及復(fù)壓后的極片隨壓實(shí)密度增加，電阻率趨勢(shì)相反，可能與平壓后測(cè)試電極與極片表面的接觸電阻不斷增大有關(guān)；

3、平壓及輥壓的極片，復(fù)壓測(cè)試極片電阻率發(fā)現(xiàn)，隨壓實(shí)密度增加，兩種壓片方式電阻率變化趨勢(shì)類似，均為壓片后電阻率大于壓片前，且輥壓方式壓片會(huì)使極片的電阻率增加更大。

※ 基于以上不同壓片方式對(duì)厚度反彈及電阻率的影響結(jié)果，我們可以進(jìn)一步結(jié)合XRD、SEM等表征方法做進(jìn)一步深入分析。

審核編輯 ：李倩