1. 背景
極片作為電池內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵載體，其電子導(dǎo)電性能直接決定了電池的內(nèi)阻、倍率特性及整體性能的均一性。在實(shí)際規(guī)模化生產(chǎn)中，環(huán)境濕度是一個(gè)關(guān)鍵工藝變量。特別是在全球不同氣候區(qū)域布局生產(chǎn)基地時(shí)，濕度控制的差異性已成為影響電池極片質(zhì)量、導(dǎo)致批次性能波動(dòng)的重要潛在因素。因此，系統(tǒng)研究環(huán)境濕度對(duì)極片電子電阻的影響機(jī)理與規(guī)律，不僅是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)科學(xué)課題，更是產(chǎn)業(yè)界實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)、精細(xì)化質(zhì)量控制的迫切工程需求。
2. 驗(yàn)證方案與測(cè)試數(shù)據(jù)
為驗(yàn)證存放環(huán)境濕度對(duì)極片電阻的影響，采用元能科技的極片電阻儀（BER系列）進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)試樣品為磷酸鐵鋰（LFP），驗(yàn)證方案如下：將同一批次的極片于第一天測(cè)試后（對(duì)照組），置于不同濕度的環(huán)境中（手套箱~0%、干燥房~2%、實(shí)驗(yàn)室~50%，通風(fēng)口＞70%）存放24小時(shí)后測(cè)試極片電阻。采用測(cè)試條件為25MPa，保壓15s。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：
3. 數(shù)據(jù)結(jié)論與分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
● 在極低濕度存儲(chǔ)下（手套箱~0%和干房~2%），極片電阻相比于第一天出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且濕度越低，極片電阻越小。
● 隨著存儲(chǔ)濕度增加，極片電阻呈上升趨勢(shì)，尤其在高濕度環(huán)境下（通風(fēng)口，濕度＞70%），極片電阻大幅度增長(zhǎng)。
極片的電子導(dǎo)電性依賴于活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑所構(gòu)筑的穩(wěn)定三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)對(duì)于環(huán)境水分極為敏感，濕度的影響主要體現(xiàn)在以下微觀層面：
● 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的退化：納米級(jí)導(dǎo)電劑（如炭黑、碳納米管、石墨烯）比表面積較高，極易吸附水分，水分子的介入可能會(huì)改變粒子間的界面能，破壞原本均勻、高效的電子傳輸通路，導(dǎo)致體相電阻顯著增加[1]。
● 活性物質(zhì)界面性質(zhì)的改變：正負(fù)極活性物質(zhì)（如三元材料、磷酸鐵鋰、LCO等）的表面可與水分發(fā)生物理化學(xué)作用。這可能導(dǎo)致表面輕微水解或生成碳酸鋰等絕緣/半導(dǎo)體副產(chǎn)物層，增加電子從活性物質(zhì)向?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)躍遷的界面阻力[2-3]。
● 極片微觀力學(xué)與孔隙結(jié)構(gòu)的變化：粘結(jié)劑（如PVDF、SBR/CMC）吸水后可能發(fā)生溶脹，一方面會(huì)擠壓導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增大電子隧穿距離；另一方面可能改變極片的孔隙結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度，影響其與集流體之間的接觸緊密性，從而增加界面接觸電阻[4]。
4. 結(jié)語(yǔ)
濕度暴露不僅會(huì)直接增加極片的電子電阻，更可能對(duì)微觀結(jié)構(gòu)有不可逆的改變，對(duì)電池的電化學(xué)性能造成深遠(yuǎn)的“隱性”損害。在電池制造過(guò)程中，嚴(yán)格的濕度管控是保障極片質(zhì)量的生命線：將極片電阻納入在線或離線快速檢測(cè)指標(biāo)，建立量化的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工藝波動(dòng)和材料異常，確保電池批次間的一致性。
5. 參考文獻(xiàn)
[1] Zhen Tong, Chao Lv, Guo-Dong Bai, Zu-Wei Yin, Yao Zhou, Jun-Tao Li. A review on applications and challenges of carbon nanotubes in lithium‐ion battery. 2025, 7, 2
[2] Gongrui Wang, Zhihong Bi, Anping Zhang, Pratteek Das, Hu Lin, Zhong-Shuai Wu. High-Voltage and Fast-Charging Lithium Cobalt Oxide Cathodes: From Key Challenges and Strategies to Future Perspectives. Engineering, 2024, 37(6): 115–139.
[3] Malte Kosfeld, Bastian Westphal, Arno Kwade, Moisture behavior of lithium-ion battery components along the production process, Journal of Energy Storage, Volume 57, 2023, 106174
[4] 牛愛(ài)敏,李現(xiàn)紅,呂浩然,臧浩廷,宋然,高明娟,馬文慶.鋰離子電池負(fù)極黏結(jié)劑研究進(jìn)展[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2025,38(1):51-586
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