负极片在不同环境湿度存储的厚度膨胀研究

张立君 陈慧龙

摘   要：本文主要改变存储的环境湿度和时间，本文主要环境湿度对负极片厚度膨胀的影响。负极片辊压后1.5h，环境湿度9.5%、4.1%和1.5%放置的负极片膨胀率稳定在2.0%、1.4%和0.9%附近。负极片真空烘烤后放置在环境湿度为1.5%、5%和13%的常温环境中2h、5h和7.5h，负极片膨胀率均小于0.4%。得出结论环境湿度对负极片膨胀的影响只发生在负极片辊压后烘烤前，对真空烘烤后的负极片没有影响。

关键词：锂离子电池  负极片  环境湿度  膨胀

中图分类号：TP273                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（c）-0106-02

隨着近几年电动汽车行业的快速发展，对锂离子电池，特别是动力锂离子电池的品质要求有了显著提高。高能量密度锂离子电池存在鼓胀、安全性能差及循环衰减快的问题[1-4]。极片厚度在辊压后出现微小的膨胀是正常现象，但是如果膨胀值较大，则可能会影响中段的电芯封装及电池性能。辊压后的正极片在入壳前膨胀率一般低于2%，而辊压后的负极片入壳前膨胀率可达到8%[1-2]。负极片的制造需要经过涂布、辊压、分切和烘烤才能进行卷绕入壳。这些工序都需要在车间进行完成，车间湿度可能对极片的性能有影响。环境湿度越大，电池材料越容易吸收空气中的水分。锂离子电池生产车间水分的来源基本上来自空气中的水分、人体产生的水分和物料所带的水分等[5]。车间一般是通过开启除湿机降低湿度，而除湿机的长时间运行对能量消耗很大，在非必要的情况下需对其进行关闭或间断性关闭。本文从环境湿度角度，研究锂离子电池负极片辊压后烘烤前以及负极片烘烤后两个阶段的储存湿度和时间对负极片膨胀率的影响。

1  实验

1.1 实验样品的制备

对石墨负极片（玉皇产）进行辊压，压实1.6g/cm3，负极片压实厚度139μm，铜箔厚度8μm。将辊压好的负极片立刻使用平板切纸刀将负极片裁剪成长度为10cm，宽度为5 cm的长条状。

1.2 实验方法

取三个实验样品，每个样品标记四个位点，分别记为1、2、3、4，测量每个位点的厚度并记录。然后将实验样品负极片分别放置在环境湿度为1.5%、4.5%、10%的常温环境中，于1h、1.5h、2.5h、5h时间点测量每个位点的厚度并记录。上述实验样品测试完毕后放入真空干燥箱，85℃真空干燥12h后取出测每个样品位点的厚度并记录。

采用单一变量法，研究环境湿度对负极片的厚度膨胀影响。

2  结果与讨论

2.1 环境湿度对辊压后烘烤前的负极片膨胀影响

把辊压后的负极片分别放在环境湿度为1.5%、4.5%、10%的常温环境中，在0h、1h、1.5h、2.5h、5h测量负极片厚度，其他参数不变，然后对极片进行85℃真空烘干12h，其他参数不变，研究研究环境湿度对负极片厚度膨胀的影响，及烘烤后极片厚度膨胀的影响结果见图1。

从图1可知，当负极片辊压后放在环境湿度9.5%、4.1%和1.5%下，随着时间的增加，极片膨胀率逐渐上升，当时间达到1.5h后，极片膨胀率几乎不变，表明负极片在辊压后1.5h，负极片膨胀率已接近最大。负极片辊压后1.5h，环境湿度9.5%、4.1%和1.5%放置的负极片膨胀率稳定在0.9%、1.4%和2.0%附近，说明环境湿度越大，负极片膨胀稳定后的膨胀率越小。另外，从图1中可知，放在环境湿度为1.5%、4.5%、10%常温环境中5h的负极片在85℃真空烘烤12h后，极片膨胀率分别为7.9%、8.2%和8.0%。在不同的环境湿度下放置的负极片烘烤后极片膨胀率数值最大差值0.3%。综上所述，负极片在不同湿度环境下都会在1～1.5h达到膨胀最大值，并且负极片的膨胀率随着环境湿度的升高而有所降低，负极片烘烤后的极片膨胀率跟烘烤前的放置环境湿度没有明显关系。

2.2 环境湿度对负极片烘烤后放置的膨胀影响

把辊压后的负极片进行85℃真空烘干12h后，分别放在环境湿度为1.5%、5%和13%的常温环境中2h、5h和7.5h，其它参数不变，研究环境湿度对烘烤后负极片厚度膨胀的影响，结果见图2。

从图2中可知，负极片真空烘烤后，放置在环境湿度为1.5%、5%和13%的常温环境中2h、5h和7.5h，负极片膨胀率都小于0.4%，说明负极片真空烘烤后，极片厚度不会因为环境湿度和放置时间的变化而改变。

3  结语

环境湿度对负极片膨胀的影响只发生在负极片辊压后烘烤前，环境湿度越大，负极片膨胀率越小。负极片真空烘烤12h后，极片膨胀率不因烘烤前存储环境湿度变化而改变，同时也不随着烘烤后环境湿度和时间变化而改变。实验结果表明，负极片最终膨胀率不因辊压后和真空烘烤后存储搁置的环境湿度改变而改变。

参考文献

[1] 贺雨雨，陈炜，冯德圣，等.黏结剂对锂离子电池负极膨胀的影响[J].电池，2017（3）.

[2] 刘盼星.锂离子二次电池负极材料的制备与性能研究[D].南京大学，2015.

[3] 李伟伟.锂离子电池负极硅/石墨/碳材料的改性及应用研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[4] 陈瑶，吕豪杰，石先兴.硅负极的应用技术研究进展[J].电源技术，2016，40（3）：69.

[5] 羡小超，向军，张勇，等.硅-石墨/炭负极制备工艺对其性能的影响机制研究[J].化工新型材料，2015（10）：126-128.