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1. 背景

鋰離子電池極片是一種由電極涂層和集流體箔材組成的三層結構復合材料，即顆粒組成的涂層均勻地涂敷在金屬集流體兩側。極片的機械穩定性對電池有重要影響，機械穩定性差的極片可能出現的失效方式包括：涂層從集流體剝離、涂層開裂，活性顆粒脫落等，這些都會影響電池的容量和循環壽命。除了影響電池的性能外，極片機械穩定性在電池制造過程中也起著重要作用。極片在輥壓和繞卷等電池制造過程中不可避免會受到外部應力，可能會導致活性物質（AM）顆粒脫落、電極膜從集流體上剝離等情況。特別是對于卷繞工藝，由于極片在卷曲過程中的曲率不同，這就對極片的柔韌性提出了要求，需要極片在卷繞時能夠適應不同的曲率變化，以確保電池極片的結構完整性和性能的穩定性。柔韌性好的極片可以減少在卷繞過程中由于應力集中導致的材料損傷，從而提高電池的可靠性和壽命。

2. 柔韌性的定義

在實際應用中，柔韌性通常是可彎曲性（彎曲一次而不斷裂的能力）和可復原性（重復彎曲的能力）的綜合體現。具有良好柔韌性的極片，能夠在受到彎曲應力時不易斷裂或產生嚴重破壞，同時在形變后，當外力撤除時極片能夠恢復到接近其原始形狀和原始應力狀態。

表1.極片的可彎曲性和可復原性

如表1所示，極片的可彎曲性和可復原性都可以在一定程度上反映極片的柔韌性，但它們各自側重點不同。可彎曲性的側重點在于極片在單次或有限次彎曲過程中抵抗斷裂或破壞的能力。它關注的是極片在極端彎曲條件下的結構完整性和強度表現。可復原性的側重點在于極片在多次彎曲過程中發生形變后的恢復能力和長期穩定性。它關注的是極片在外力撤除后恢復原狀的能力，且這種形變和恢復過程可以重復多次。

3.柔韌性的測試方案

元能科技的極片柔韌性測試設備BEF1000（圖1），是專為鋰離子電池極片設計的測試設備，滿足區分不同極片柔韌性的要求。該設備采用極片應力-應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生形變，測量極片在不同形變程度下的應力和應變（應力-位移）。BEF1000支持不同的測試模式（圖2），可用于極片可彎曲性和可復原性的測試和分析。

圖1.元能科技BEF1000及其3大功能特點

圖2.BEF1000不同的測試模式

4. 可彎曲性的測試案例

（1）兩款不同的LFP極片

圖3.兩款LFP極片單次彎曲的壓縮曲線及斷裂點數值

兩款不同的LFP正極極片，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進行單次彎曲測試，當極片彎曲到一定的應力值時停止試驗。根據壓縮曲線（圖3）可以看出，兩款極片都有明顯的突變點或拐點，說明極片彎曲的過程中發生了非均勻的形變，且發生應力衰減，對應極片的斷裂行為。LFP-1的斷裂點對應的壓縮位移較小，說明極片在較小的形變下即達到斷裂點。LFP-1的斷裂點對應的應力較小，說明極片所能承受的最大應力較小。以上結果反映LFP-1極片更容易受到外部應力或內部應變的影響而發生斷裂，其柔韌性相對較差。

（2）兩款不同的硬碳負極極片

圖4.兩款硬碳極片單次彎曲的壓縮-恢復曲線

兩款不同的硬碳負極極片，裁切成8*4 cm的矩形小極片，通過BEF1000進行單次彎曲的壓縮-恢復的測試，當極片彎曲到一定的應力值時，以相同速率恢復到位移零點位置后停止測試。根據壓縮-恢復曲線（圖4）可以看出，負極B有一個小的突變點或拐點，說明發生明顯的應力衰減過程。拐點的出現往往標志著極片從彈性階段進入塑性階段，因此也可以說明負極B的可彎曲性較差，對應柔韌性較差。

5. 可彎曲性和可復原性之間的關系

極片的可彎曲性和可復原性并不一定都是優的，它們之間存在一定的平衡和折中關系。一款極片可能表現出優異的可復原性，即能夠多次彎曲并恢復原狀而不受顯著損傷，但其可彎曲性（即在單次或有限次彎曲中的抗斷裂能力）可能并不強。相反，另一款極片可能具有出色的可彎曲性，能夠承受極端的彎曲而不易斷裂，但其可復原性（即重復彎曲后的恢復能力）可能較差。

因此，在選擇極片時，需要根據具體的應用場景和需求來權衡可彎曲性和可復原性這兩個因素。如果應用場景需要極片能夠頻繁地彎曲并恢復原狀，那么可復原性應該成為主要考慮因素；而如果應用場景對極片的單次或有限次彎曲性能有嚴格要求，那么可彎曲性則更為關鍵。同時，還需要考慮其他相關因素，如極片的導電性、穩定性、成本等，以綜合評估其適用性。

6. 可復原性測試案例

關于極片可復原性的測試案例，將在本周內同步推出，請持續關注！