1、引言：为什么扣电测试的一致性至关重要？

在新能源行业中，每一种新开发出来的电池材料或体系通常都需要历经实验室研发、小试、中试以及规模放大和商业化应用5个阶段，其中实验室研发阶段是对新材料或体系性能测试、验证以及价值判断的关键。为了获得锂电材料的电化学性能，无论是锂电材料生产厂家还是锂电池生产厂家，都是通过组装扣式电池，并对其进行充放电来获得材料的克容量、容量发挥、首效、循环、不同倍率下的电性能等等。而决定锂离子电池性能的关键因素之一，便是其正负极材料的克容量数据。克容量，是电池内部活性物质所能释放出的电容量与活性物质的质量之比。通常用毫安时每克（mAh/g）来表示。对于锂离子电池来说，正负极材料中的活性物质通过与锂离子发生化学反应来储存或释放电能。因此，克容量作为衡量电池能量密度的核心指标，其测试数据的一致性直接影响研发效率和材料评估的准确性。

克容量计算方式以及公式：

克容量=电容量（mAh）/活性物质质量（g）

例如，如果一个电极材料能释放1000mAh的电量，且其活性物质的质量为10g，那么其克容量就是100mAh/g。

而如何准确使用扣式电池测试出正负极材料的克容量，并且数据具有可重复性和再现性，需要从材料的配料搅浆，极片的涂布烘烤，到极片的辊压冲片称重，再到电池的组装，最后进行电性能测试，每一步操作不当都会影响到最终的扣式电池的电性能的一致性。其中电池组装是整个扣电组装过程中最为关键的一步，组装一致性差会直接影响到电池充放电性能的一致性，从而影响对材料电性能的判断。

2、扣电组装的影响因素

2.1 浆料搅浆的均匀性：

浆料搅拌是将活性物质、导电剂和粘结剂等物料混合，并通过搅拌作用，进行高度均匀分散形成高粘度流体的过程。通过选择适当的混合设备，并合理控制转速、时间、温度等工艺参数，制备分散均匀的浆料，以便更好控制涂布的均匀性。

2.2 极片涂布的均匀性：

实验室进行浆料涂布一般采用简易式的平板涂布，通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量，涂布环节会直接影响极片均匀性。涂布前需要注意要用酒精和无尘布仔细清洁箔材表面和涂覆机平台；箔材需平整的贴在平板上，尽可能的减少褶皱。

极片涂布好之后需要进行鼓风干燥去除浆料中大量的溶剂 NMP 以及其中的水分，注意：干燥温度过高和时间过长，会出现严重的掉粉行为，关于鼓风干燥的温度，正极不应超过 120℃，负极不超过 90℃。

2.3 极片辊压的均匀性：

极片辊压是通过调节压辊的间隙以调节压力，从而控制极片被压实的密度和厚度，并且使极片表面更加平整。极片的压实密度会影响极片的电子和离子电导率，过高或过低都会影响材料电性能的发挥。因此，对电极辊压过程参数，如压力、压缩率等也需要控制，获得压实密度一致的极片。

2.4 物料水分含量的影响：

电池中的水分含量会导致活性材料结构不稳定、气体产生以及其他安全问题。组装电池前，所有组件（如极片、电池壳、隔膜等）的干燥对电池性能也至关重要。

2.5 极片冲片和重量称重的准确性：

极片冲片时需要保证极片边缘无明显毛刺，极片边缘如果存在毛刺可能会刺穿隔膜导致电池短路。

极片称重时，天平应使用十万分位及以上的精密天平，否则会导致极片称量不准，影响后续电池充放电克容量的计算；极片称重前应挑选活性物无开裂或者掉料的极片，极片表观要保证无明显团聚物等。

2.6 电池组装的一致性：

纽扣电池在组装过程中的影响因素较多，从组装扣电所使用的手套箱内的水氧含量，到扣电组装物料放置的同心度，再到扣电封口时所需的封口压力等等，每个因素都会影响扣电测试的一致性。手套箱内的水含量偏高会导致电解液变质，氧含量偏高会导致锂片表面被氧化，都会导致电池在充放电过程中数据异常。扣电组装时物料放偏，可能会导致电池短路，或者活性物无法正常发挥容量。封口压力异常，可能会导致电池内部短路等等。

2.7 扣电测试设备的稳定性：

扣电的电性能数据需要通过电池的充放电设备进行测试获取，所以为了保证电池的电性能数据的可靠性和稳定性，需要要求充放电设备可以提供一个恒温恒湿的测试环境，避免温度、湿度等环境因素对测试结果的影响；充放电设备应具有较高的精度，并经过校准和验证，确保测试结果的准确性和可靠性；最后，测试过程中应遵循相关标准和规范，确保测试操作的正确性和一致性。

3、扣电克容量测试

本文主要使用元能科技（厦门）有限公司的自动扣电组装系统（CAAS1200M，IEST），进行三元正极材料、LFP正极材料、石墨负极材料和硅基负极材料的扣电组装和电性能测试，评测了不同材料使用自动扣电组装电池的组装一致性，该设备可以帮助研发人员提高扣电组装效率和扣电组装一致性，降低材料的复测率，加快材料的评估周期。

自动扣电组装系统CAAS

3.1 实验方案：

①分别准备三元、LFP、石墨和硅基极片各7组平行样，使用14mm的冲片机进行冲片，每组样品冲20片；

②使用十万分之一的天平对极片进行极片称重，记录每张极片的重量；

③将称重后的极片放置真空烘箱进行105℃ 真空烘烤6h，转移至手套箱内；

④隔膜采用直径22mm的单面陶瓷隔膜；锂片采用直径18mm，厚度0.5mm的锂片，组装三元、LFP时不进行刷锂片，组装石墨时进行刷锂片。

⑤电解液总注液量为70μl，分两次注液。

⑥物料准备就绪后，开始使用自动扣电组装设备进行电池组装。

⑦扣电组装结束后，使用元能科技的ERT5008-5V100mA的充放电设备进行扣电克容量测试。

3.2 测试数据展示：

三元测试数据

小结：目前NCM的测试数据基本满足客户需求，批次间的充放电克容量均值数据波动较小，每组的充/放电克容量的sigma值小于0.4，极差值小于1.5mAh/g，COV值小于0.2%。

LFP测试数据

小结：目前LFP的测试数据基本满足客户需求，批次间的充放电克容量均值数据波动较小，每组的充/放电克容量的sigma值小于0.4，极差值小于1.5mAh/g，COV值小于0.3%。

石墨测试数据

小结：目前石墨的测试数据基本满足客户需求，批次间的充放电克容量均值数据波动较小，每组的充电克容量的sigma值小于0.5，极差值小于1.5mAh/g，放电克容量的sigma值小于0.8，极差值小于2.1mAh/g，充/放电克容量的COV值均小于0.2%。

硅基负极测试数据

小结：目前硅基负极的测试数据基本满足客户需求，批次间的充放电克容量均值数据波动较小，每组的充/放电克容量的sigma值小于6，极差值小于20mAh/g，COV值小于0.4%。

4、总结

本文通过讨论分析扣电克容量一致性测试的影响因素，从浆料制备、极片涂布辊压、极片冲片称重、极片和物料烘烤、扣电组装和电池电性能测试，每个环节都会影响最终的电池测试数据；就电池组装环节，使用元能科技（厦门）的CAAS1200M自动扣电组装系统，进行了多种材料的扣电组装，并进行电性能测试，最终设备自动组装的数据一致性均已达到客户的要求，说明自动扣电组装设备可以代替人工组装电池，减少电池的复测，提高材料的评测效率和准确性。

如果您正受困于扣电测试的数据波动，或希望加速新材料评估进程，立即联系元能科技，获取自动化扣电组装系统的详细方案与案例！

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