Susanna Laurén Aug 29, ’48 < 20220329

锂离子电池的润湿性

锂离子电池是智能手机和笔记本电脑等移动设备的主要储能技术。最近对插电式混合动力汽车和电动汽车的需求增加,引发了关于锂离子电池技术是否足以满足大众市场全面电气化的讨论。

锂离子电池的结构

锂离子电池由充满电解液以及隔膜隔开的多孔正负极组成。正极通常由锂钴氧化物或锂锰氧化物构成,负极一般由石墨或其他碳基材料制成。电解液通常是溶解在有机溶剂中的锂盐,聚合物电解液也十分常见。电解液只允许锂离子在阳极和阴极之间移动。隔膜是阳极和阴极之间的物理屏障。电极决定了电池的性能,电解液和隔膜负责电池的安全。

锂电池结构

锂离子电池不同部分的润湿性已成为制造以及电池性能和安全性方面的关键问题之一。

电极材料的润湿性

电极材料与电解液溶液的润湿性是开发高性能锂离子电池的挑战之一。

从小型电池到电动汽车的大规模应用的转移对电池制造提出了重大挑战。制造的关键步骤之一是通过精密泵将电解液添加到多孔电极中。在此步骤中,电解液应渗透并填充到电极的孔隙中。这个过程被称为润湿过程,但由于电极的润湿性差、扩散距离长以及困在孔隙内的气体阻碍扩散等,因此在高温下也需要几天时间。如此漫长的过程将会增加制造时间,同时增加制造成本。

此外,多孔电极的电解液润湿不足,会导致电极中发生不规律反应,以及不能形成稳定的固体-电解液界面膜,从而降低电池性能并缩短其循环寿命。另外,不完全润湿会使锂金属形成枝晶,这会产生严重的安全问题。未润湿的活性材料也会导致电极容量利用不足并增大电极电阻。

隔膜的润湿性

位于正极和负极之间的隔膜是电池的关键部件,它可以阻断两个电极之间出现物理接触以防止电池短路,但允许锂离子流动。隔膜一直被认为是电池的非活性组件,但其特性对于电池的性能和安全性至关重要。

隔膜是极性相反的电极之间的多孔膜。各种不同的隔膜材料已被广泛使用多年,现在市场化的隔膜多为聚烯烃制品,如聚乙烯或聚丙烯等。

电解液的润湿性是锂离子电池隔膜的一个关键特性,因为电解液的吸附对于离子传输至关重要。聚合物隔膜材料本质上多为疏水的,常规有机电解质对其润湿性不足。各种不同的方法被用来增加隔膜材料的润湿性,包括使用静电纺丝或原子层沉积(ALD)形成不同类型的涂层,以及制造复合隔膜等。

力学表面张力仪和光学表面张力仪都可用于锂离子电池润湿性的研究。要了解如何研究锂离子电池的润湿性,请留言索取链接该内容的白皮书。

 

 

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