在高性能鋰離子電池的制造鏈條中，電解液注液與隨后的浸潤是決定電池最終電化學性能與安全性的關鍵步驟。盡管這一環(huán)節(jié)至關重要，但目前學術界仍缺乏針對該領域實驗結果的系統(tǒng)性科學分析。既有的文獻往往側重于電池生產的全流程，或僅局限于隔膜與電解液的材料層面，難以全面覆蓋工藝參數與未來挑戰(zhàn)。本文深入探討了從材料級到電芯級的實驗測量方法及關鍵影響因子，旨在揭示當前研究中的斷層并指引未來的優(yōu)化方向。

工藝機理：注液與浸潤的二元視界

Millennial Lithium

在嚴謹的工程實踐中，我們將廣義的注液過程拆解為兩個截然不同卻又緊密關聯的子過程：注液與浸潤。

注液是指將液態(tài)電解液物理引入電池死體積的過程。該步驟通常在電池密封時結束。工業(yè)界采用了多種策略來確定注液量，包括基于電極和隔膜的孔隙體積、電池的理論容量、極片組重量或電化學反應發(fā)生的電極表面積。這些策略的核心假設均為：為了保證性能，所有孔隙必須被完全浸潤。

浸潤則是第二個子過程，當電芯復合材料與流入殼體死體積的電解液接觸時立即開始。在微孔復合材料中，毛細管力驅動電解液被吸收進孔隙結構中，同時置換出氣體。如果浸潤不充分，在隨后的化成或老化過程中，不均勻的電流密度將導致析鋰現象，嚴重影響電池容量與安全性。由于注液時間通常短于浸潤時間（注液僅需數秒至數分鐘，而浸潤可能耗時數小時），且注液后往往伴隨數十分鐘的靜置，如何通過工藝參數（如壓力、溫度）加速這一物理過程成為了研究焦點。

測量方法學的多維圖譜

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表征浸潤性的方法在材料級和電芯級呈現出顯著的差異性，理解這種差異對于數據分析至關重要。

材料級表征
在材料級，研究多側重于接觸角或重量變化。潤濕天平測試通過測量材料吸收液體后的重量變化來計算電解液吸液率。另一種常見方法是利用Washburn方程原理的連續(xù)測量，通過張力計測定由毛細效應引起的質量增加。此外，接觸角測量也是表征固體、液體和氣體接觸面性質的經典手段，尤其適用于評估因聚烯烴基材而導致浸潤性較差的隔膜材料。

用于測量電芯復合材料浸潤特性的常用測量方法示意圖

電芯級表征
轉至電芯級，由于電池殼體的不透明性，測量技術往往依賴于輻射或電化學手段。中子射線成像利用輕元素（如氫、鋰）對中子強烈的衰減特性，能夠清晰地成像碳氫基電解液的浸潤前沿。相比之下，X射線檢查則需要向電解液中添加造影劑以區(qū)分密度差異。

此外，電化學阻抗譜（EIS）在電芯級表征中占據重要地位。由于電池內阻與浸潤面積成反比，高頻阻抗的變化可用于推斷宏觀浸潤狀態(tài)。計時電流法則通過監(jiān)測固液界面膜（SEI）形成過程中的電流信號差異，來反推完全浸潤所需的時間。

用于測量組裝后電池電芯浸潤特性的常用測量方法示意圖

關鍵影響因子與研究趨勢

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通過對文獻的量化分析發(fā)現，近十年來相關研究顯著增加，且重心正從單純的材料改性向工藝參數優(yōu)化轉移。

在材料層面，研究集中于改性難浸潤的聚烯烴隔膜（如涂覆陶瓷涂層）以及優(yōu)化電解液配方。電極制造工藝對浸潤性的影響也不容忽視。例如，輥壓作為極片制造的最后一步，直接決定了電極的孔隙形態(tài)，進而影響浸潤行為。激光結構化技術雖然可能輕微降低體積比能量，但其在電極表面制造的微觀通道能顯著改善離子擴散和電解液在厚度方向的滲透效率。

在工藝層面，注液時的真空壓力設定至關重要。尤其是對于方形硬殼電池，其內部死體積較小，且氣體從卷芯內部擴散的路徑較長，工藝壓力直接影響氣泡的排出效率。然而，目前對于切割質量、后烘干殘余水分以及封裝技術對浸潤的具體影響，仍存在明顯的研究空白。

核心挑戰(zhàn)：從材料到電芯的“斷層”

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盡管我們在單一層面的研究取得了進展，但本綜述揭示了一個嚴峻的現實：缺乏從材料級到電芯級結果的有效遷移。

目前的實驗設計往往是孤立的。材料級測試（如液滴擴散測試）成本低、易操作，常用于新材料篩選，但它無法模擬電池內部層疊結構間的相互作用力（如極組壓力）。反之，電芯級測試（如中子成像、EIS）雖然真實反映了原位狀態(tài)，但設備昂貴且往往僅能表征宏觀浸潤度，難以解析微觀孔隙的填充情況。

這種測量方法的異質性導致了數據的不可比性。例如，材料級測試多在常溫常壓下進行，而電芯注液往往涉及變溫和真空環(huán)境。如果無法建立準確的傳遞函數，僅憑改善電極或隔膜的表面能，并不一定能在全電池尺度上獲得等比例的浸潤效率提升。

結論與展望

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綜上所述，鋰離子電池注液與浸潤工藝的研究正處于從經驗科學向精密工程轉變的關鍵期。未來的研究重點應放在填補材料級與電芯級之間的鴻溝上。我們需要開發(fā)能夠結合兩級優(yōu)勢的統(tǒng)一測量協議，或者利用超聲波掃描等非破壞性技術實現量產線上的實時浸潤監(jiān)控。

此外，雖然本綜述排除了純仿真研究，但構建經過嚴格實驗驗證的工藝模型將是解決這一復雜多物理場問題的必由之路。通過模型將材料參數（如接觸角、孔隙率）映射到電芯級的浸潤時間，將極大地降低工藝開發(fā)的試錯成本，助力下一代高比能電池的高效制造。

原文參考：A Systematic Literature Analysis on Electrolyte Filling andWetting in Lithium-Ion Battery Production

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