在鋰離子電池制造領(lǐng)域，美能光子灣始終懷揣著推動清潔能源時代加速到來的宏偉愿景，全力助力鋰離子電池技術(shù)的革新。

在鋰離子電池制造過程中，電解液浸潤是決定電池性能、循環(huán)壽命和安全性的關(guān)鍵步驟。然而，由于多孔電極和隔膜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，電解液難以完全填充孔隙，導(dǎo)致氣體殘留，進而降低鋰離子傳輸效率。本文通過結(jié)合實驗與模擬，揭示了電解液浸潤過程中的氣體殘留機制，并提出了優(yōu)化方向。

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氣體殘留機制

PE隔膜的3D結(jié)構(gòu)重建及不同電解液的MacMullin數(shù)

電解液浸潤不完全會導(dǎo)致兩個主要問題：

電化學(xué)性能下降：殘留氣體阻塞孔隙，增加鋰離子傳輸路徑的曲折度（tortuosity），導(dǎo)致有效電導(dǎo)率降低。實驗顯示，即使電解液完全潤濕隔膜，實測的MacMullin數(shù)（表征離子傳輸阻力的無量綱參數(shù)）仍比理論值高40%以上。

安全性風險：未浸潤區(qū)域可能引發(fā)不均勻的SEI（固體電解質(zhì)界面）形成，加劇鋰枝晶生長和電解液分解。

本研究以聚乙烯（PE）隔膜為模型，通過三維結(jié)構(gòu)重建和模擬發(fā)現(xiàn)，孔隙幾何特性（如孔徑分布、連通性）是氣體殘留的主因，而非傳統(tǒng)認為的電解液理化性質(zhì)（如接觸角、粘度）。

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浸潤機制解析

研究借鑒了不完全潤濕理論（partial wetting theory），解釋電解液在多孔結(jié)構(gòu)中的行為：

毛細力與粘滯力的博弈

多孔介質(zhì)潤濕特性

在微小孔隙中，毛細力（由表面張力和接觸角決定）主導(dǎo)浸潤過程，但孔隙結(jié)構(gòu)的不均勻性會導(dǎo)致氣體被“截留”。例如：

并聯(lián)孔隙分支（pore-doublet模型）：電解液優(yōu)先填充低阻力路徑，導(dǎo)致并聯(lián)分支中的氣體滯留。

收縮孔喉（snap-off模型）：孔喉處毛細壓力突變，阻礙電解液完全填充。

動態(tài)效應(yīng)的影響

不同電解質(zhì)的隔膜性能表現(xiàn)

高粘度電解液：快速浸潤時粘滯阻力增加，可能殘留更多氣體；但若電解液潤濕性差（接觸角接近90°），提高粘度反而可能減少氣體殘留（因粘滯力抑制了氣體回吸）。

低接觸角電解液：（如EMC接觸角14.5°）可顯著提升毛細力驅(qū)動效果。

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電解液設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

電解液設(shè)計

溶劑選擇：優(yōu)先低粘度、低接觸角溶劑（如DMC接觸角30°，EMC僅14.5°）。

鹽濃度控制：避免高鹽濃度（會增加粘度和表面張力）。

電解質(zhì)理化性質(zhì)對MacMullin數(shù)的影響

多孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化

窄孔徑分布和小孔喉比：例如，PE隔膜的孔喉直徑（85 nm）與孔隙直徑（110 nm）比值為1.33，需進一步降低至1.1以下。

表面改性：親水涂層（如SiO?修飾）可提升浸潤均勻性。

新型隔膜設(shè)計：各向同性結(jié)構(gòu)或梯度孔隙分布以減少截留風險。

#Photonixbay.03

動態(tài)過程與工藝控制

電解質(zhì)潤濕模擬過程

氣體殘留的靜態(tài)分析僅是第一步。實際電池運行中，體積變化（如鋰沉積/脫嵌）、機械應(yīng)力（如隔膜形變）或產(chǎn)氣反應(yīng)（如電解液分解）可能重新分布殘留氣體，導(dǎo)致性能衰減。未來研究需關(guān)注：

動態(tài)浸潤模擬：結(jié)合流體動力學(xué)和電化學(xué)模型，預(yù)測循環(huán)中的氣體遷移。

工藝參數(shù)優(yōu)化：如浸潤速度、溫度或真空度對殘留氣體的影響。

美能光子灣與行業(yè)同仁共同致力于鋰離子電池技術(shù)的革新，始終以“更安全、更高效”為核心目標，推動清潔能源時代的加速到來。未來，電解液與結(jié)構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化將成關(guān)鍵發(fā)展方向，這些均為下一代高功率、長壽命電池的開發(fā)提供了關(guān)鍵支撐 。

感謝您本次的閱讀美能光子灣將持續(xù)為您奉上更多優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，與您共同進步。

原文出處：《Understanding Electrolyte In?lling of Lithium Ion Batteries》

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