如何才可提高锂电池电解液平均浸润效果

我们从锂电池的整个加工工艺来看，首先是匀浆过程，匀浆的目的是将活性物质、导电剂和粘结剂等成分平均（划重点）的混合在一起；随后是涂布过程，关键在于保证涂布量的平均，戒备涂布量波动导致的产品一致性差等问题；然后是注液过程，也要保证电解液在电芯内部平均的浸润，以保证电池性能和循环寿命；在电池模组的加工过程中最为紧要的是单体电池的一致性，也就是平均性，以保证电池包的性能充足发挥。

要怎么样保证电解液在锂电池电芯内充足、平均浸润是一个困扰锂电加工多年的难题，无数的锂电工程师为之付出了大量的心血。

德国博世公司的工程师W.J.Weydanz等人【1】利用中子衍射技术成功的观测到了电解液在软包锂电池内部的浸润过程（如下图所示，a，b，c真空注液，d、e、f常压注液），可以看到注液2min后大部分电解液还停留在电芯的外部，在47min后真空注液的电池基本上完成了浸润。

但是常压注液的锂电池依然有相当部分的中间位置电芯没有浸润，电芯外部残留了大量的电解液。W.J.Weydanz的研究声明真空注液能够将锂电池的注液时间缩短50%，并提高10%的注液量，这关于提高注液质量和效率具有紧要的意义。

一般我们认为重力关于锂电池的浸润性会有一定的影响，因此为了保证浸润效果，要按时为注液后的锂电池进行翻身，但是W.J.Weydanz通过分解上、下两个方向上的浸润速度，发现重力关于电解液的浸润过程影响微乎其微，基本上可以忽略重力关于锂电池浸润的影响。

真空注液能够改善锂电池的浸润性和提高注液量，目前已经成为行业内的共识，但有哪些样的真空注液制度才能将真空注液的效果发挥到最大呢？为此，慕尼黑工业大学的ThomasKnoche等人【2】对真空制度对注液效果的影响进行了分解，下面的两种真空工艺的紧要差别在于注液时的真空度和封口的时机不同。

ThomasKnoche通过分解浸润面积占据的比例得到了浸润率数据，下图a为两种真空制度下电池注液后浸润情况与时间的关系曲线，从图a中能够看到注液后抽真空次数多的B制度，在850s时的均匀浸润率为78.73%，而注液后抽真空次数较少的A制度850s的均匀浸润率为73.18%，这声明注液后多抽几次真空有利于提升电解液的浸润效果。

下图b为不同真空度下注液后电芯浸润率与时间的关系，电芯分别在50mbar、400mbar和900mbar注液后的最终浸润率分别为82.3%、77.9%和70.1%，这声明注液真空度关于浸润效果有着显著的影响，注液时真空度越高则最终电解液对电芯的浸润效果越好。

除了注液工艺的改善，隔膜的选择也对改善电解液浸润效果有着显著的影响，常见的锂电池隔膜多为PE、PP单层或者多层复合结构的隔膜，这种隔膜具有非常好的稳定性，因此得到了广泛的使用，但是这种非极性的聚合物隔膜与极性的环状碳酸酯类溶剂（如EC、PC）不相容，导致电解液与隔膜之间的浸润性很差，也笔直影响了电解液关于电芯浸润效果。

为了改善隔膜与电解液的浸润效果，美国加州大学的EthanRao等人【3】通过在一般的聚合物隔膜表面涂布一层全氟苯基叠氮化合物PFPA的方式，从而大幅提高了电解液与隔膜之间的浸润性。下图为经过解决后的隔膜与一般隔膜，在不同的电解液中的浸润情况比较，从图中我们能够看到一般的单层PE隔膜在电解液中的浸润性非常差，特别是在极性较强的后几种电解液配方中，电解液与PE隔膜之间几乎不浸润，但是经过PFPA解决后，PE隔膜在所有的电解液配方中都能够完全的浸润，效果非常分明。

PP/PE/PP三层复合隔膜也呈现出类似的规律，表面解决后大幅提高了电解液的浸润效果。下表展示了一般隔膜和解决后的隔膜的电解液爬升高度数据，可以看到经过表面解决后的隔膜在电解液爬升高度上具有非常分明的优点，这再次说明了隔膜表面改性解决关于提升电解液浸润性具有非常分明的效果。

隔膜良好的浸润性能够显著的提升锂电池的性能，首先就体今朝降低内阻上，从下图A可以看到，相比于没有经过表面解决的PE隔膜，经过解决后的PE和PP/PE/PP隔膜的电池内阻都有分明的降低。从图B中的倍率性能也能够看到，表面解决后的PE隔膜相比于没有解决过的PE隔膜在倍率性能上有着分明的优点，即便是PP/PE/PP三层复合隔膜经过PFPA表面解决后倍率性能也有显著的提升，甚至在一些倍率下超过了没有解决的PE单层隔膜。

要怎么样提高电解液对电芯的浸润效果是影响锂电池倍率、循环等性能的关键因素，W.J.Weydanz研究声明真空注液能够显著的缩短注液时间，提高注液质量，而ThomasKnoche则进一步分解了真空制度关于注液效果的影响，声明注液真空度越高、封口前抽真空次数越多，则最终电芯的浸润效果越好。

EthanRao则通隔膜表面改性解决极大的提高了一般的聚合物隔膜的浸润性，显著降低了锂电池的内阻，提升了电池的倍率性能。而所有的这些工作的目的惟有一个：保证电解液能够平均的浸润电芯，提升锂电池的性能。

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