原文來源于公眾號：克呂士科學儀器
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/dkleIdg2gDOxiIdAU2b0Ew
背景和研究
鋰離子電池廣泛應用于智能設備，可穿戴設備，電力儲存系統(tǒng)等新興應用領域，為了提高其能量密度和循環(huán)性能，鋰離子電池的研究除了在結構、材料開發(fā)方面外，電解液的浸潤是制造工藝中的關鍵環(huán)節(jié)。電解液，隔膜，電極和集流體之間的界面潤濕性會極大的影響電池的性能。
圖1. 鋰離子電池結構示意圖
電解液對極片的浸潤：當把電解液注入電池殼內時，電解液會通過卷芯的隔膜進入正極-隔膜-負極之間。隨著時間的延續(xù)，會出現(xiàn)電解液浸潤極片、隔膜內電解液反向浸潤極片的現(xiàn)象，當靜置時間長到一定程度時，在電解液表面張力的作用下，對極片的浸潤就達到一個平衡的狀態(tài)，此時固-液-氣三相之間的夾角θ為接觸角（潤濕角）。
圖2. 氣-液-固三相平衡時的接觸角
電解液是電池正負極之間起傳導作用的離子導體，充放電過程中，在正負極間往返地傳輸鋰離子。通常采用的電解液為有機溶劑，在電解液中加入外加劑也能夠改善電解液的浸潤。浸潤劑的實質是表面活性劑，此類浸潤劑具有高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、低可燃性和高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點，在電解液中添加浸潤劑后能夠降低液體的表面張力，提高電解液對極片和隔膜的潤濕能力和滲透能力，從而提高電池的電化學性能。力學板法或者環(huán)法，光學懸滴法等測試電解液的表面張力。
隔膜-電解液的潤濕性指的就是電解液在隔膜表面的鋪展能力，較好的潤濕性有利于提高隔膜與電解液的親和性，擴大隔膜與電解液的接觸面，從而增加離子導電性，提高電池的充放電性能和容量；同時潤濕性能夠影響鋰金屬負極枝晶的生長，隔膜-電解液間的潤濕性好，那么隔膜中鋰離子傳輸通道就非常充足，鋰離子在隔膜中傳輸也會變得更加容易。最后，隔膜的潤濕性能改善后，在電池生產工序中，可以縮短電池靜置處理時間，提高電池的生產效率。
圖3. 潤濕性好（左）和潤濕性差（右）條件下隔膜對鋰離子流的分散作用
光學座滴法或者力學法測試電解液在隔膜上的接觸角。Wang等人以電解液為測試液，通過改性前、改性后PE隔膜的電解液接觸角變化，探究一步沉積自組裝法改性對PE隔膜潤濕性的影響。如圖4（a）所示，PE原膜的靜態(tài)接觸角為63°；如圖4(b)所示，MPE隔膜的靜態(tài)接觸角為5°。在隔膜表面構筑(CTS/PAA-CSH)有機-無機復合修飾層后，MPE隔膜實現(xiàn)了對電解液的超親液效果，MPE隔膜擁有最好的浸潤性。為探究改性前、改性后PE隔膜潤濕性能變化的原因，使用去離子水與二碘甲烷，采用OWRK法計算隔膜的表面自由能。如表1所示，PE原膜的表面自由能為42.6 mJ·m-2，MPE隔膜的表面自由能為75.0 mJ·m-2 。改性后隔膜的表面自由能顯著提高，這是隔膜表面引入(CTS/PAA-CSH)極性分子修飾層后界面極性增強導致的結果。MPE隔膜的表面自由能大于 PE 隔膜表面自由能，這是MPE隔膜比PE隔膜更加親液的原因之一。
電解液，隔膜，電極和集流體之間的界面潤濕性會極大的影響電池的性能。電解液的表面張力與其在電極和隔膜上接觸角可以有效地表征電解液潤濕性?？藚问刻峁┒喾N表面張力和接觸角的測試方案。
實驗儀器與方法
采用KRUSS DSA25S標準型接觸角測試儀，接觸角測試精確至0.1°。
原文來源于公眾號：克呂士科學儀器
如需了解詳情，請前往原文鏈接進行查看！
