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在鋰離子電池等高精度電化學儲能器件的制造與研發(fā)中,電極極片(以下簡稱“極片")的性能是決定電池能量密度、倍率特性、循環(huán)壽命和安全性的核心。而極片的一個看似簡單卻至關重要的屬性——親疏水性(或更廣義的浸潤性),直接關系到電解液能否有效浸潤極片內部孔隙,形成高效、穩(wěn)定的離子傳輸通道。精準量化這一性質的“金標準"工具,便是接觸角測量儀。
為何要關注極片的親疏水性?極片并非致密的平板,而是由活性物質、導電劑、粘結劑等多孔材料組成的復合涂層。電解液(通常是有機碳酸酯類溶液)與極片表面的相互作用,即親疏水性,對整個電池的性能有著深遠的影響:
1、影響有效反應面積與界面阻抗:
良好的浸潤性確保電解液能充分滲透到極片的每一個細微孔隙中,使電極活性材料得到zui 大程度的利用。反之,疏水的極片會導致大量孔隙未被電解液填充,形成“干區(qū)",大幅增加離子傳輸?shù)慕缑孀杩?,導zhi極化增大、電壓滯后和容量下降。
2、決定離子傳輸效率與倍率性能:
離子需要在電解液中遷移至電極界面才能發(fā)生反應。充分的浸潤是離子高效、均勻傳輸?shù)那疤幔苯記Q定了電池的快充快放能力(倍率性能)。浸潤不佳會引發(fā)嚴重的濃差極化,限制高倍率下的性能。
3、關乎循環(huán)穩(wěn)定性和安全性:
不均勻的浸潤會導致電極表面電流分布不均。鋰離子會在浸潤性好的區(qū)域優(yōu)先嵌入和脫出,而在浸潤性差的區(qū)域則可能析出形成鋰枝晶。鋰枝晶不僅消耗活性鋰導致容量衰減,更可能刺穿隔膜,引發(fā)內部短路,造成嚴重的安全隱患。同時,良好的浸潤有助于形成均勻、穩(wěn)定的固態(tài)電解質界面膜(SEI),提升循環(huán)壽命。
因此,對極片的親疏水性進行客觀、精確的表征,是評估極片工藝質量、優(yōu)化漿料配方和指導電池注液工藝不可 que少的一環(huán)。
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