电 池
BATTERY BIMONTHLY
第49卷第3期2019年 6月
Vol. 49,No. 3Jun. ,2019
DOI ：10. 19535/j. 1001 - 1579.2019. 03.014
霍首星，白玲玲，董义，马佰瑞
[中航锂电（洛阳）有限公司，河南洛阳471000]
摘要：探讨棍压速度、极片存放时间、环境湿度、负极浆料中丁苯橡胶（SBR ）含量和涂布速度对石墨体系负极极片剥离强度 的影响。棍压速度从5 m/min 增大到70 m/min 时，剥离强度平均降低20. 66%；棍压前后的极片，存放第11 d 的剥离强度
平均降低18. 99%和12.05%；环境湿度为10% -34%时，楹压前后的极片，剥离强度均呈先上升、后下降再上升的趋势，存 放棍压后极片的环境湿度控制在10% ~ 16%为宜；负极浆料中SBR 含量从1.25%增大到2. 99%时，棍压前后剥离强度分
别平均提高779. 22%和354. 02% ；涂覆速度在20-70 m/min 范围内时，极片剥离强度呈现先上升、后下降趋势，最大相对
标准偏差为9.43%。
关键词：規压速度；剥离强度；存放时间；负极片；环境湿度；丁苯橡胶（SBR ）
中图分类号:TM912.9 文献标志码：A 文章编号：1001 -1579（2019）03 - 0236 - 04
Factors influencing the peeling strength of Li-ion battery negative plates
HUO Shou-xing,BAI Ling-ling ,DONG Yi ,MA Bai-rui
[China Aviation Lithium Battery ( Luo-yang) Co.,Ltd.,Luoyang ,Henan 471000, Chinn ]
Abstract ： Effects of the rolling speed , storage time of negative plates , ambient humidity , thickness of negative plates , the styrene
butadiene rubber ( SBR ) content in negative slurry and the speed of coating were determined on the peel strength of negative plates in graphite system. The average peel strength of negative plates was reduced by 20. 66% when the rolling speed increased from 5 m/min
to 70 m/min. Before rolling,the average peel strength of negative plates was reduced by 1& 99% after 11 d of storage. After rolling,the
average peel strength of negative plates was reduced by 12. 05% after 11 d of storage. Before and after rolling when ambient humidity
was in the range of 10% 〜34% , the average peel strength of negative plates present and 354. 02% respectively a trend of first
increased , then decreased and then increased. Ambient humidity of negative plates should be controlled in the range of 10% or 16% during the production process. The average peel strength of negative plates before and after rolling was increased by 779. 22% and
354. 02% respectively when the SBR content in anode slurry increased from 1. 25% to 2. 99%. Besides , when the speed of coating was
in the range of 20 -70 m/min , the average peel strength of negative plates presented a trend of first increased and then decreased , the maximum relative standard deviation was 9. 43%.
Key words :rolling speed ； peel strength ； storage time ； negative plate ； ambient humidity ； styrene butadiene rubber (SBR)
卷绕式电池负极片在弯折处易脱落或断裂，不仅影响电 池循环性能，还会产生析锂现象，造成安全隐患⑴。
目前，国内一些厂家利用导电涂层，对导电基材进行表 面处理，制成涂碳铜箔，以提高负极片活性物质与集流体之
间的附着力，但缺乏对锂离子电池负极片剥离强度影响因素的深入研究。极片剥离强度是指极片活性物质与集流体粘
附在一起的牢固程度⑵。电池的循环性能及内阻与极片的 剥离强度关系密切，而内阻增大会导致电池容量损失增加、
倍率性能降低，因此在电池制造过程中测试，极片的剥离强 度十分重要⑶。
作者简介:
霍首星（1991 -），男，河南人，中航锂电（洛阳）有限公司助理工程师，研究方向锂离子电池工艺技术，本文联系人;
白玲玲（1984 -），女，河南人，中航锂电（洛阳）有限公司中级工程师，研究方向义（1989 -），男，河南人，中航锂电（洛阳）有限公司助理工程师，研究方向马佰瑞（1991 -），男，河南人，中航锂电（洛阳）有限公司助理工程师，研究方向锂离子电池工艺技术;
锂离子电池工艺技术;
锂离子电池工艺技术。
董
第3期霍首星，等：影响锂离子电池负极片剥离强度的因素
237
本文作者研究辐压速度、极片存放时间、极片放置的环 境湿度、丁苯橡胶（SBR ）含量和涂覆速度对石墨体系负极片 剥离强度的影响，以期为电池设计提供科学的理论基础，并 降低生产工艺中极片的制造成本。
1实验
1. 1实验样品制备
在室温22 -28 t 、RH<35%的条件下，用木制裁纸刀
将不同实验工艺方案制备的锂离子电池负极片（洛阳产，即
公司生产线上的正常样品）裁剪成长170 mm 、宽30 mm 的长 条状；用脱脂纱布（南昌产）将无刻度钢板尺擦净，不留污渍
和灰尘；再将宽60 mm 的透明胶带横贴在晾干后的无刻度 钢板尺底部，端面平齐；再将宽25mm 的GA808双面胶（日本
表1负极片实验工艺方案
Table 1 Scheme of experimental process of negative plates
工艺辗压速度极片存放环境湿负极浆料中涂布速度 方案 /m Tnin -1 时间/d 度/% SBR 含量/% /m *min -1
产）贴在透明胶带上，长度与透明胶带的宽度相同，位置居
中；最后，将测试样品贴在双面胶上，端面平齐，用直径84
mm X高45 mm 的压轮（约2 kg，内层为实心不锈钢，外层为
5.5 mm 厚的橡胶）在极片表面自由来回辐压3次。
将实验样品的负极片未粘贴的一端翻折180。后，夹在 AG-X 电子万能材料实验机（日本产）的上夹持器上，对负极
片进行剥离，待极片集流体和涂层完全分离时，读取剥离强 度的测试结果。1.2实验方法
采用单一变量法，分别研究辐压速度、极片存放时间、极
片放置的环境湿度、SBR 含量和涂覆速度等对石墨体系负极 片剥离强度测试结果的影响。
实验所用极片取自同一卷，浆料取自同一釜，具体实验 工艺方案详见表1，表中每个工艺方案的取样数量不低于3
片，将测试的剥离强度结果取平均值，作为最终结果。
2结果与讨论
o o 辐压速度
5
4070202020252525
606060 2. 1辐压速度
对制备的负极片样品，立即测试剥离强度，研究辐压速极片存放时间
22222
22222
2222
10
1114
///161616/
70707070
7070
1670极
片放置的环境湿度
/
///
70707070
1016203410
1620
34BR
含量
/
//
70
70
167016涂畫度
/// /
7070
161616
1616167070
1616
5 5 5
25
2525
257619
2525
25
2525252525
4040404040404040404040
4()
4040
60
S o o o
6 6 66060606060
2040
60
7()
20406070
度对剥离强度和负极片厚度的影响。
12
I：測离强度2：犍压后厚度
112
)s
< ‘ I .. (106)
0 20
40
60 80
辘压速度/ m • min"1
图1辐压速度对剥离强度和负极片厚度的影响
Fig. 1 Influence of rolling speed on the peel strength and the
thickness negative plates
从图1可知，不同辐压速度辐压后，极片厚度的差异不明
显，相对标准偏差仅有0.25%；但是极片的剥离强度差异明 显，相对标准偏差高达11.89%。当辐压速度从5 m/min 增加 到70 m/min 时，剥离强度从10. 89 N/m 降低至& 64 N/叫平
均降低了 20. 66%。这主要是因为在工艺要求一致的情况下, 辐压速度越快，极片与压辐的接触时间越短，极片反弹的可能 性越大，导致剥离强度降低；在一定范围辐压速度（5 ~70 m/
min ）内，活性物质与集流体仍表现为黏性时，辐压速度慢，延
长了压辐与极片的接触时间，极片承受压力的时间延长，从而 提高了剥离强度。反之辐压速度越快，负极片的剥离强度越
低。当辐压速度为5 m/min 时，极片强度达到最大。2.2存放时间
对负极片样品，每天定时测试剥离强度，研究辐压前后
负极片存放时间对剥离强度的影响，结果见图2。
4 4 4 4 4 4
o
3 46 6 6
4 5/ /
5 66/77 8 9
2 3 4 5 6 7 8
2 3 45 6
2 3 4 5 67 8
n 1 36 6 6
4 56 69
E i
一
p
6
6
66 6 6 6
5 6 9 5
2 7 9 2o o o o
6 6 6
6
电池
BATTERY BIMONTHLY
238第49卷
16
14
12
10
3579II
极片放置时间/d
8
图2存放时间对辐压前后负极片剥离强度的影响Fig.2Influence of storage time on the peel strength of negative plates of rolling front and rolling back
从图2可知，无论是辐压前还是辐压后的负极片，剥离强度随着时间的推移先下降，然后趋于平稳，最后再下降。辐压前后，极片存放11d后，剥离强度平均降低了18.99%。辐压后极片存放11d后，剥离强度平均降低了12.05%。这主要是负极片中的竣甲基纤维素钠（CMC）吸湿造成的。CMC具有强吸湿特性，吸湿程度与大气温度以及相对湿度有关，当到达平衡后，就不再吸湿⑷。若将极片放置在湿度为20%的环境中，未进行干燥处理，极片中的活性物质会随着时间的变化而变性，因此生产中辐压后的负极片，需要存放在真空干燥箱里，或辐压后立即转运至下一道工序，降低负极吸湿掉料的风险。综上，极片剥离强度在存放1d内达到最大。
2.3环境湿度
研究环境湿度对辐压前后负极片剥离强度的影响，结果见图3。
16
4
2
o
1016 2034
湿度/%
图3环境湿度对辐压前后负极片剥离强度的影响Fig.3Influence of ambient humidity on the peel strength of negative plates of rolling front and rolling back 从图3可知，环境湿度值与负极片剥离强度呈非线性关系。无论是辐压前还是辐压后，当存放环境湿度为16%时，负极片的剥离强度都最大，当存放环境湿度为20%时都最小，且存放环境湿度在10%-34%时，辐压前极片剥离强度最大相对标准偏差为6.87%，辐压后极片剥离强度最大相对标准偏差为6.43%。负极浆料中的CMC水溶性好，具有吸湿性，湿度太大，极片反弹严重，极片孔隙率增大；湿度太小，极片脆性增加，柔韧性变差，这两个原因都会使极片的剥离强度变小。生产过程中，存放辐压后的负极片的环境湿度控制在10%~16%为宜。综上，在环境湿度在10%~34%范围内，极片剥离强度在环境湿度为16%时达到最大。
2.4SBR含量
研究SBR含量对剥离强度的影响，结果见图4O
100
80
Z60
爲40
20
1.25 1.76
2.99
SBR含虽/%
图4SBR含量对辘压前后负极片剥离强度的影响Fig.4Influence of SBR content on the peel strength of negative plates before and after rolling
从图4可知，随着负极浆料中SBR含量从1.25%增大到2.99%，辐压前极片剥离强度从11.07N/m上升至97.33 N/m，平均提高了779.22%；辐压后极片剥离强度从9.20N/ m上升至41.77N/m，平均提高了354.02%。但是极片柔韧性也随之变差且易断裂。这主要是因为:①随着浆料中SBR 含量的增加，与集流体直接接触的黏结剂密度增大，因此极片剥离强度增大;②随着浆料中SBR含量的增加，极片涂覆烘干后黏结剂含量在极片单位体积内增加，使活性物质和导电剂结合的更紧密，孔隙变小极片弯曲后恢复能力变差，导致极片柔韧性变差。此外,SBR是非导电物质,SBR含量与极片辐压时所受压力及循环前负极片电化学膨胀率呈正相关⑸，含量过大会降低电池的倍率性能和能量密度，因此浆料中各种物质的含量
比例，需要既保证极片柔韧性和不掉料，又要保证电池的性能。故在浆料含量为2.99%时，极片的剥离强度达到最大。
2.5涂覆速度
研究涂覆速度对剥离强度的影响，结果见图5。
13
12
11
10
L
u
・w
母
除
駆¥
涂布速度/m*min_l
图5涂布速度对棍压前后负极片剥离强度的影响Fig.5Influence of coating speed on the peel strength of negative plates before and after
rolling
第3期霍首星，等：影响锂离子电池负极片剥离强度的因素239
从图5可知，随着涂覆速度升高，辐压前后的极片的剥离强度均呈先升高、后降低的趋势，涂覆速度为20m/min和40m/min的涂覆极片，剥离强度稍大于涂覆速度为60m/ min和70m/min的极片，涂覆速度为20~70m/min时，极片剥离强度最大相对标准偏差为9.43%0主要原因是涂覆速度太快，烘箱温度提高，会加快黏结剂的上浮速度⑹，但涂覆太慢会导致极片干裂，且烘箱利用率及生产效率低。选择合适的涂覆速度可提高产品质量，增强设备综合效率。综合考虑，在不影响产品质量的同时，选择高的涂覆速度。在20~ 70m/min范围内，极片的剥离强度在涂布速度为40m/min 时达到最大。
3结论
本文作者通过对影响锂离子电池负极片剥离强度一些重要因素的研究，得出以下结论：
在工艺要求相同，一定辐压速度范围内(5~70m/min)时，随着辐压速度的提高，负极片的剥离强度降低。
辐压前，极片在相同温度和湿度的环境下存放11d后，剥离强度平均降低了1&99%；辐压后，极片在相同温度和湿度的环境下存放11d后，剥离强度平均降低了12.05%。
环境湿度对极片剥离强度影响很大，在生产过程中存放辐压后负极片的环境湿度控制在10%-16%范围内
为宜。
负极浆料中SBR含量对极片剥离强度有很大影响，当浆料中SBR含量从1.25%增大到2.99%时，辐压前后剥离强度平均分别提高了799.22%和354.04%。
在涂覆速度范围内(20-70m/min)时，随着涂覆速度升高，辐压前后的极片剥离强度均呈现先升高后降低的趋势，在不影响产品质量的同时，选择高的涂覆速度，从而提高设备综合效率。
锂离子电池极片涂层的剥离强度与电池的循环性能和倍率性能密切相关，因此研究影响极片涂层剥离强度的因素是至关重要的，可以提高生产过程中极片制成合格率和降低生产成本。影响负极片剥离强度的因素还包括极片干燥程度、集流体表面粗糙度以及浆料分散情况等。这些因素与剥离强度之间的关系亟待研究，应该作为未来的重要研究方向。
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收稿日期:2019-02-11
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