研究背景

在任何大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)間和成本效率都是密切相關(guān)的。但是，在機(jī)器化大生產(chǎn)領(lǐng)域，時(shí)間往往是關(guān)鍵，而高容量鋰離子電池的制造商則必須在 不同的維度上應(yīng)對(duì)時(shí)間問(wèn)題。填充一個(gè)電池的電解液可能需要許多小時(shí)--這是工藝鏈中一個(gè)惱人的瓶頸。因此，電池開發(fā)商迫切地尋找加快這一工藝的方法。

由于電極材料的特殊性，填充電池的等待時(shí)間較長(zhǎng)。多孔層必須被電解液滲透，以確保質(zhì)量和電荷傳輸。這需要多長(zhǎng)時(shí)間，取決于材料的化學(xué)成分、層的厚度和密度，以及電解液的潤(rùn)濕性。因此，有些地方需要進(jìn)行干預(yù)--是借助提前測(cè)量潤(rùn)濕率的方法，而不是在電池中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量。

電解液需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能滲透到電極材料內(nèi)部的所有孔隙

用Washburn法監(jiān)測(cè)潤(rùn)濕性

在Washburn這個(gè)名字的背后，隱藏著一種優(yōu)雅的測(cè)量潤(rùn)濕速度的方法。精密的力學(xué)傳感器可以檢測(cè)多孔樣品中液體隨時(shí)間上升而引起的質(zhì)量增加。基于由此產(chǎn)生的潤(rùn)濕速度K，不同的電極材料甚至在電池中使用之前就可以相互比較。例如，該方法可用于確定漿料中炭黑的比例。

Washburn測(cè)量中時(shí)間質(zhì)量增加的研究進(jìn)展

研究結(jié)果還表明，電極潤(rùn)濕性如何受到涂層工藝（壓延）參數(shù)的影響。[1] 原則上，可以研究影響潤(rùn)濕時(shí)間的所有可能因素，從而進(jìn)行優(yōu)化。

Washburn法揭示的濕潤(rùn)率對(duì)壓延工藝的依賴性[1]。

電解液表面張力的作用

潤(rùn)濕始終是兩種組分之間的一個(gè)過(guò)程，當(dāng)然電解液的性質(zhì)也會(huì)影響填充時(shí)間。表面張力（SFT）越低，潤(rùn)濕速度越快，這就是為什么表面活性物質(zhì)（表面活性劑）經(jīng)常添加到電解液中。張力測(cè)量--可使用與Washburn法測(cè)量所用的相同儀器進(jìn)行--可快速獲得SFT和添加劑效果的結(jié)果。

極性與潤(rùn)濕性的關(guān)系

如果我們剛剛談到SFT和濕潤(rùn)之間的直接關(guān)系，這僅僅是故事的一半。主導(dǎo)潤(rùn)濕的界面化學(xué)相互作用也取決于電解質(zhì)和電極材料的極性。借助于更深入的研究，可以根據(jù)接觸角和電極材料的表面自由能（SFE）更精確地記錄這些相互作用。某種程度上更大的努力是值得的。例如，根據(jù)表面自由能及其極性部分，可以計(jì)算出電解質(zhì)或電極材料的哪些特性會(huì)導(dǎo)致最佳的潤(rùn)濕。與其用試錯(cuò)法進(jìn)行研究，不如根據(jù)有意義的結(jié)果參數(shù)，有針對(duì)性地優(yōu)化潤(rùn)濕。

借助擴(kuò)散系數(shù)尋求電極與電解液的匹配

[1] Sheng, Yangping: Investigation of Electrolyte Wetting in Lithium Ion Batteries: Effects of Electrode Pore Structures and Solution. Theses and Dissertations 1080 (2015).