(一)背景

锂离子电池以其高比能量密度、长循环寿命等特点被广泛应用于电动汽车、储能电站等大型储能体系中。随着储能技术的发展，锂离子电池的能量密度成为制约锂离子电池发展的一大障碍，而锂离子电池压实密度对锂离子电池的能量密度有非常大的影响，如果锂离子电池极片的压实密度较低，则同样的空间体积内锂离子电池容量和能量密度势必会大大降低。但是锂离子电池电极片的压实密度也不能过高，如果压实密度过高，在圆柱、方形卷绕电池中可能会导致极片卷曲时发生脆裂，从而导致安全事故的发生；压实密度过高在叠片电池中可能导致电池的浸润性较差和吸液量不足的问题，从而导致锂离子电池的整体电化学性能较差。

(二)目的和意义

1. 规范锂离子电池电极片压实密度测试方法，科学评价材料性能。

为了获得科学、准确、有对比性的锂离子电池电极片压实密度数据，必须制定科学统一的测试标准。

2. 维护市场秩序，促进行业发展。

目前，所有国内锂电池相关企业对电极片的压实密度和极限压实密度均有测试，但方法不尽相同，极易发生不同企业测试对标结果差异迥异的现象。出于市场需要，锂离子电池电极片压实密度测试标准的制定迫在眉睫。本文件拟制定锂离子电池电极片压实密度测试方法，可用于对钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、富锂锰基等正极材料和石墨、硅碳等负极材料的压实密度和极限压实密度测试，适用范围宽，为行业提供规范统一的测试方法，适应锂离子电池产业的快速发展。

（三）必要性

《战略性新兴产业分类（2018）》（国家统计局令 第23号）中3.3.10.1二次电池材料制造，将镍钴锰酸锂、镍钴铝锂列为无机盐制造行业中的重点产品。

《新材料产业发展指南》【工信部联规〔2016〕454 号】中专栏1中第6条明确提出现阶段我国新材料产业的主要目标包括提升锂离子电池正极材料的安全性、性能一致性与循环寿命，实现先进电池材料合理配套，而电池的安全性、性能一致性与极片压实密度有关，循环寿命更是与电极片的压实密度有密切关系；第(三)部分提到要强化新材料产业协同创新体系，加强新材料基础研究、应用技术研究和产业化统筹衔接，完善创新链条薄弱环节；专栏3中提到组建新材料测试评价中心，进一步体现了与材料相配套的测试手段的重要性；专栏6中提到整合梳理现有新材料分析方法、技术标准体系，解决标准间交叉重复、冲突问题，适时补充相关缺失项目，建立面向应用的材料指标体系标准，建成全流程监测系统表征、质量控制标准系统和实验结果的实效性评价标准系统。

综上所述，制定包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、富锂锰基等在内的锂离子电池正极材料和石墨、硅碳等负极材料的电极片压实密度和极限压实密度测试方法符合国家政策导向。

本立项建议书拟提出《锂离子电池电极片压实密度测试方法》行业标准。

1.范围

本文件适用于锂离子电池电极材料的极片压实密度、极片极限压实密度的测试。

2. 主要技术内容

2.1正极片的制作步骤

  主要包括制作锂离子电池正电极片的原材料、仪器设备、原材料烘烤过程方法、正极浆料制作方法、正极电极片制作方法。

2.2负极片的制作步骤

  主要包括制作锂离子电池负电极片的原材料、仪器设备、原材料烘烤过程方法、负极浆料制作方法、负极电极片制作方法。

2.3极片压实密度测试方法

  主要包括测试锂离子电池正、负极压实密度的过程和方法，主要包括记录测试后的极片厚度，并根据公式计算压实密度，然后根据实际压实密度和设计值的差异进行调整辊压工艺，最终达到设计的压实密度值。

2.4极片极限压实密度测试方法

  主要包括测试锂离子电池正、负极压实密度的过程和方法，主要包括首先辊压一个较小的压实密度，并规定折痕的位置和角度，然后使用固定的压力进行平压，再对折后的极片折痕处进行观察，最终当压实密度达到某一值时，极片出现断裂或者透光孔，则未出现断裂和透光孔的最高压实密度为极限压实密度。

国内外对该技术研究情况简要说明：

锂离子电池电极片制作工艺是将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂配制浆料，用涂布设备在集流体(铜箔或铝箔)涂布，烘干后再进行另一面涂布。双面涂布后的电极进行辊压。相关研究发现，除锂离子电池电极活性物质之外，电极的内部结构对电池的能量密度和电化学性能也有很大的影响。

在未经辊压的电极片中，仅有约一半的空间被活性物质、导电剂、粘结剂占据，提高压实密度可以有效的提高电极的能量密度，但是这也会一定程度上影响电极结构，例如孔隙率、比表面积、孔径分布和曲迂度等，也会影响电极片中粘结剂和导电剂的分布。

徐兴无等以磷酸铁锂为正极材料验证了当极片辊压后厚度较大时，极片压实密度较小，长循环后正极表面出现了裂纹现象。王丽军等研究了钴酸锂正极极片的压实密度对性能的影响，发现压实密度太大或者太小都会影响电池的容量性能发挥和循环性能的发挥。美国的印第安那波利斯普渡大学的Cheolwoong Lim等利用先进的X射线纳米断层扫描技术(nano-CT)研究了钴酸锂电极压实密度对电极电极结构和电化学性能的影响。通过nano-CT技术检测极片发现，随着压实密度提升，碳和粘结剂的体积密度上升，孔隙率下降，比表面积会上升，弯曲度也随之上升，接触电阻下降，电极电解液界面膜SEI阻抗降低，电荷交换阻抗也会下降。较低的压实密度会造成放电比容量低的问题，这主要是高的孔隙率使得部分颗粒形成不导电的状态，无法进行充放电反应，高压实密度的电极片有更高的连接强度，从而避免在循环过程中电极颗粒脱落，保障电化学性能的正常发挥。

国内外的研究显示出压实密度对锂离子电池的电性能发挥有显著影响，但是目前没有统一的测试方法和测试标准，因此需建立锂离子电池电极片压实密度的测试方法标准。