干货｜锂电池极片缺陷图谱（一）

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作者：mikoWoo LIBLife 来源：锂想生活

锂离子电池极片制造是电池生产过程中的关键过程，具体包括浆料的制备、极片涂布和干燥、极片的辊压压实，以及极片的裁切。在电池极片制备过程中，越来越多的在线检测技术被采用，从而有效识别产品的制造缺陷，剔除不良品，并及时反馈给生产线，自动或者人工对生产过程做出调整，降低不良率。以下问题都是大家特别关心的：

1）在电极制造过程中可能会产生哪些缺陷?

2) 这些缺陷对锂离子电池充放电循环的影响是什么?

3) 缺陷是如何改变锂离子电池的库仑效率、倍率性能和循环寿命等性能?

4) 带缺陷的极片性能受损，是否有对应的微观结构的变化?

目前，对于极片缺陷，一方面研究缺陷检测和极片自动甄选技术，另一方面研究缺陷对电池性能的影响。本文分享一些在文献资料和自己实际工作中的电池极片缺陷图，收集遇到的各种缺陷和问题，做成一份极片缺陷图谱，欢迎大家补充。

【1】负极表面团聚体颗粒

配方：球形石墨+SUPER C65+CMC+蒸馏水

两种不同搅拌工艺的极片宏观形貌：表面光滑（左）和表面存在大量小颗粒（右）

配方：球形石墨+SUPER C65+CMC/SBR+蒸馏水

极片表面小颗粒放大形貌（a和b）：导电剂的团聚体，没有完全分散

表面光滑极片的放大形貌：导电剂充分分散，均匀分布

【Bitsch B,Willenbacher N, Wenzel V, et al. Impact of Mechanical Process Engineering onthe Fabrication Process of Electrodes for Lithium Ion Batteries[J]. ChemieIngenieur Technik. 2015, 87(4): 466-474.】

【2】正极表面团聚体颗粒

配方：NCA+乙炔黑+PVDF+NMP

搅拌过程中，环境湿度太高，导致浆料成果冻状态，导电剂没有完全分散好，极片辊压后表面存在大量的颗粒。

【3】水系极片裂纹

配方：NMC532/carbon black/binder= 90/5/5 wt%，水/异丙醇（IPA）溶剂

极片表面裂纹光学照片，涂布面密度分别为 (a) 15 mg/cm2，(b)17.5 mg/cm2， (c) 20 mg/cm2和(d) 25 mg/cm2，厚极片更容易出现裂纹。

【Du Z, Rollag K M, Li J,et al. Enabling aqueous processing for crack-free thick electrodes[J]. Journalof Power Sources. 2017, 354: 200-206.】

【4】极片表面缩孔

配方：片状石墨+SP+CMC/SBR+蒸馏水

箔材表面存在导致污染物颗粒，颗粒表面处的湿膜存在低表面张力区域，液膜向颗粒周围发射状迁移，形成缩孔点状缺陷。

【5】极片表面划痕

配方：NMC532+SP+PVdF+NMP

狭缝挤压涂布，刃口存在大颗粒导致极片表面漏箔划痕

【6】涂布竖条道

配方：NCA+SP+PVdF+NMP

转移涂布后期，浆料吸水粘度升高，涂布时接近涂布窗口上限，浆料流平性差，形成竖条道。

【7】极片未干透区域辊压裂纹

配方：片状石墨+SP+CMC/SBR+蒸馏水

涂布时，极片中间区域没有完全干透，辊压时涂层发生迁移，形成条状裂纹。

【8】极片辊压边缘褶皱

涂布形成厚边现象，辊压式，涂层边缘产生褶皱

【Schmitt, M., et al., Anexperimental and analytical study on intermittent slot die coating ofviscoelastic battery slurries. Journal of Coatings Technology and Research,2015. 12(5): p. 927-938.】

【9】负极分切涂层与箔材脱离

配方：天然石墨+乙炔黑+CMC/SBR+蒸馏水，活性物质比例96%

极片圆盘分切时，涂层与箔材脱离。

【10】极片分切毛刺

正极极片圆盘分切时，由于张力控制不稳定导致二次切削形成箔材毛刺

【11】极片分切波浪边

负极极片圆盘分切时，由于切刀重叠量和压力不合适，形成波浪边和切口涂层脱落。

来源：锂想生活

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锂电池极片缺陷图谱（一）

本文转载自公众号：锂想生活（ID：LIB-Life），作者：mikoWoo LIBLife

1）在电极制造过程中可能会产生哪些缺陷?

2) 这些缺陷对锂离子电池充放电循环的影响是什么?

3) 缺陷是如何改变锂离子电池的库仑效率、倍率性能和循环寿命等性能?

4) 带缺陷的极片性能受损，是否有对应的微观结构的变化?

目前，对于极片缺陷，一方面研究缺陷检测和极片自动甄选技术，另一方面研究缺陷对电池性能的影响。

本文分享一些在文献资料和自己实际工作中的电池极片缺陷图，收集遇到的各种缺陷和问题，做成一份极片缺陷图谱，欢迎大家补充。

【1】负极表面团聚体颗粒

配方：球形石墨+SUPER C65+CMC+蒸馏水

两种不同搅拌工艺的极片宏观形貌：表面光滑（左）和表面存在大量小颗粒（右）

配方：球形石墨+SUPER C65+CMC/SBR+蒸馏水

极片表面小颗粒放大形貌（a和b）：导电剂的团聚体，没有完全分散

表面光滑极片的放大形貌：导电剂充分分散，均匀分布

【2】正极表面团聚体颗粒

配方：NCA+乙炔黑+PVDF+NMP

搅拌过程中，环境湿度太高，导致浆料成果冻状态，导电剂没有完全分散好，极片辊压后表面存在大量的颗粒。

【3】水系极片裂纹

配方：NMC532/carbon black/binder= 90/5/5 wt%，水/异丙醇（IPA）溶剂

极片表面裂纹光学照片，涂布面密度分别为 (a) 15 mg/cm2，(b)17.5 mg/cm2， (c) 20 mg/cm2和(d) 25 mg/cm2，厚极片更容易出现裂纹。

【Du Z, Rollag K M, Li J,et al. Enabling aqueous processing for crack-free thick electrodes[J]. Journalof Power Sources. 2017, 354: 200-206.】

【4】极片表面缩孔

配方：片状石墨+SP+CMC/SBR+蒸馏水

箔材表面存在导致污染物颗粒，颗粒表面处的湿膜存在低表面张力区域，液膜向颗粒周围发射状迁移，形成缩孔点状缺陷。

【5】极片表面划痕

配方：NMC532+SP+PVdF+NMP

狭缝挤压涂布，刃口存在大颗粒导致极片表面漏箔划痕

【6】涂布竖条道

配方：NCA+SP+PVdF+NMP

转移涂布后期，浆料吸水粘度升高，涂布时接近涂布窗口上限，浆料流平性差，形成竖条道。

【7】极片未干透区域辊压裂纹

配方：片状石墨+SP+CMC/SBR+蒸馏水

涂布时，极片中间区域没有完全干透，辊压时涂层发生迁移，形成条状裂纹。

【8】极片辊压边缘褶皱

涂布形成厚边现象，辊压式，涂层边缘产生褶皱

【Schmitt, M., et al., Anexperimental and analytical study on intermittent slot die coating ofviscoelastic battery slurries. Journal of Coatings Technology and Research,2015. 12(5): p. 927-938.】

【9】负极分切涂层与箔材脱离