背景
极片曲折度作为量化极片内部离子传输路径复杂程度的关键参数，通过表征锂离子在孔隙网络中的实际迁移路径与理论直线距离的比值，直观反映了离子传输的难易程度。研究表明，极片曲折度与电池的倍率性能和循环寿命存在直接关联：较低的曲折度意味着更高效的离子传输路径，能够显著提升电池的快充能力；而过高或不稳定的曲折度则会导致极化增大、容量衰减加速，严重影响电池的循环稳定性。在实际应用中，温度作为重要的环境变量，会通过多重机制影响极片的微观结构和传输特性：一方面，温度变化会改变电解液的黏度和离子电导率，影响电解液在极片孔隙中的浸润行为；另一方面，温度波动会导致粘结剂高分子链段运动状态改变，进而影响极片的孔隙结构和机械强度。
因此，深入理解温度与极片曲折度的关联机制，不仅有助于优化电极设计，更能为开发适应极端环境的高性能锂电池提供理论指导，对推动新能源技术的发展具有重要的科学意义和工程价值。
一、测试条件&方法
1.1 测试设备
极片曲折度测试：采用元能科技自研的多通道离子电导率测试系统（EIC2400M-T，IEST）如图1所示，该设备包含4个测试通道，可实现对每个通道进行独立控温，控温范围-20-80℃，可提供高纯氩氛围，实现多通道对称电池的电化学阻抗谱测试。压力范围10~50Kg，频率范围100KHz~0.01Hz。
图1. 多通道离子电导率测试系统
1.2 测试样品
石墨负极片
1.3 测试流程
极片曲折度测试： 将样品按照极片-隔膜-极片的顺序放入治具中——>关闭设备仓门——>对各通道进行定量注液——>达到浸润时间后，自动测试EIS——>最后通过软件的拟合、计算得到极片的曲折度。
1.4 计算方法
麦克马林数计算方法：
式中：τ 为曲折度； Rion为离子电阻；A为极片面积；ε为极片孔隙率；σ为电解液电导率；d为极片的厚度。由于极片孔隙率的测试方法较为复杂，通常用曲折度和孔隙率的比值，即麦克马林数（Nm = τ / ε）来表征极片的曲折度，如式（2）所示。
利用电化学工作站测试对称电池的阻抗，得到的EIS如图2所示。将Nyquist图中低频线段延长，直至与X轴相交，该交点与高频线段和X轴的交点的差值的3倍即为该极片涂层的离子阻抗Rion。将拟合得到的离子阻抗Rion代入公式（2）中计算可得到极片的麦克马林数，进而分析极片的曲折度。
图2. 对称电池的电化学阻抗谱图
二、结果分析
图3. 不同温度下（a）25℃；（b）45℃；（c）60℃；（d）80℃
的对称电池电化学阻抗谱图
表1. 极片在不同温度下的离子电阻值和麦克马林数
图3为石墨负极在不同温度下测得的EIS阻抗谱，对EIS图谱进行拟合得到各极片的离子电阻，再将离子电阻值代入公式 (2) ，得到极片麦克马林数，列于表1。从数据的趋势可以看出，随着温度的升高，极片离子阻抗呈下降趋势。
电解液的粘度是影响离子电导率的关键因素之一。根据Stokes-Einstein方程，离子的迁移速率与电解液的粘度成反比。因此，当温度升高时，电解液的粘度降低，锂离子的迁移速率加快，导致极片的离子阻抗降低。从图4中的折线图可以看出，随着温度从25°C升高到45°C，极片麦克马林数从18.58降到13.5，下降率为27.34%，但60、80℃相对于45℃的下降率分别为-0.14%和1.7%，基本没有太大的变化。
除了电解液粘度的变化，温度也影响极片的微观结构，当温度升高时，电解液粘度降低，理论上离子电阻应明显降低，但高温同时会引发极片结构的严重劣化：一方面，粘结剂（如PVDF）在超过60℃后发生软化，导致极片孔隙塌陷、孔径缩小，孔隙率降低，延长了离子传输路径；另一方面，热膨胀差异造成涂层与集流体界面剥离，形成离子传输"死区"。这两种结构损伤会导致离子电阻增加，从而抵消了因粘度下降带来的传输改善，最终表现为60-80℃高温区间离子电阻无明显下降。这一竞争机制表明，单纯依赖电解液优化无法突破高温性能瓶颈，必须同步提升极片的热稳定性。
图4. 不同温度下的麦克马林数变化折线图
三、总结
本文通过实验测试了石墨负极在不同温度下的离子电阻变化，发现温度对极片离子阻抗有显著影响。随着温度升高，极片离子阻抗呈下降趋势，但当温度过高时，极片结构发生明显变化，导致即使电解液粘度降低，离子阻抗也不再显著下降。这一现象表明，通过测试不同温度下的极片曲折度变化，可以快速评估极片的高温稳定性。
这一发现为电极材料研发提供了一些思路：一方面，可以通过温度-阻抗关系研究确定极片浸润工艺的最佳温度窗口；另一方面，针对高温应用场景，需要重点开发具有以下特性的新型材料体系：1）高温稳定性更优的电解液配方；2）抗热变形能力更强的极片工艺；3）耐高温的粘结剂体系。这些研究方向将有助于提升锂电池在宽温域条件下的性能表现。科研工作者可以通过测试极片在不同温度下的离子电阻变化，建立一种快速评估极片高温稳定性的有效方法。
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