2022-05-19
鋰離子(zi)電池是智(zhi)能手機和筆記本電腦等移(yi)動(dong)設(she)備的主要(yao)儲能技(ji)術。最近對插電式混合動(dong)力汽車和電動(dong)汽車需求的增長引發了關于鋰離子(zi)電池技(ji)術是否(fou)足以滿足大眾市場的全面電氣化的討論。
鋰離(li)子(zi)電(dian)池的結(jie)構
鋰(li)離子(zi)電(dian)池(chi)由(you)(you)多孔的(de)(de)正負極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)組成，其(qi)中(zhong)充(chong)滿電(dian)解液(ye)，并由(you)(you)隔(ge)(ge)(ge)膜(mo)隔(ge)(ge)(ge)開。正極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)（陰(yin)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)）通(tong)常(chang)(chang)由(you)(you)鋰(li)鈷(gu)氧(yang)化(hua)物或(huo)鋰(li)錳氧(yang)化(hua)物構成。負極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)通(tong)常(chang)(chang)由(you)(you)石墨或(huo)其(qi)他碳基材(cai)料(liao)制成。電(dian)解液(ye)通(tong)常(chang)(chang)為含鋰(li)鹽(yan)的(de)(de)有機溶劑(ji)，通(tong)常(chang)(chang)使(shi)用聚(ju)合物基電(dian)解質。電(dian)解液(ye)只允許鋰(li)離子(zi)在(zai)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)之間移動。隔(ge)(ge)(ge)膜(mo)是陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)之間的(de)(de)物理(li)屏障。陰(yin)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)陽(yang)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)決(jue)定了電(dian)池(chi)的(de)(de)性能，而電(dian)解液(ye)和(he)隔(ge)(ge)(ge)膜(mo)則對電(dian)池(chi)的(de)(de)安(an)全負責。
鋰離子(zi)(zi)電(dian)池不(bu)同(tong)部位的潤濕(shi)性已成為鋰離子(zi)(zi)電(dian)池生產、性能和安全性的關鍵問(wen)題之一(yi)。
電極材(cai)料的(de)潤濕(shi)性
電極材料與電解質溶液的潤濕性(xing)(xing)是高性(xing)(xing)能鋰離子電池發展面臨的挑戰(zhan)之一。
從小(xiao)型電(dian)池(chi)到(dao)電(dian)動汽車(che)的(de)(de)大(da)規(gui)模應(ying)用對(dui)電(dian)池(chi)制(zhi)造提出了重大(da)挑戰(zhan)。制(zhi)造過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)關鍵步驟之一是(shi)通過(guo)(guo)(guo)精密泵將(jiang)電(dian)解液添加(jia)(jia)(jia)到(dao)多孔電(dian)極中。在(zai)這一步中，電(dian)解液應(ying)該滲透并填滿電(dian)極的(de)(de)孔隙(xi)。這一過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)被(bei)稱為(wei)潤濕(shi)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)，在(zai)高(gao)溫(wen)下可能需要幾天時間，因為(wei)電(dian)極的(de)(de)潤濕(shi)性(xing)差，擴散(san)距(ju)離長，以及(ji)氣(qi)體被(bei)困在(zai)孔隙(xi)內而阻礙擴散(san)。這一漫長的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)會增加(jia)(jia)(jia)制(zhi)造時間，同時也會增加(jia)(jia)(jia)制(zhi)造成本。
此(ci)外，多孔電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)解質潤濕不足，會導致(zhi)電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)內反應不規(gui)則，固體(ti)-電(dian)(dian)解質界面膜形成不穩定。這可能會惡化電(dian)(dian)池性能，并導致(zhi)循(xun)環壽命變差。此(ci)外，不*潤濕使(shi)鋰(li)金屬枝晶形成，這導致(zhi)了嚴重的(de)安(an)全問題。未潤濕的(de)活性物(wu)質也(ye)會導致(zhi)電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)容量利(li)用(yong)率不足，增加電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)阻。
隔(ge)膜的潤濕性
隔膜是電(dian)池(chi)的(de)(de)關(guan)鍵組成部(bu)分，因(yin)為它被(bei)放置在(zai)正負(fu)極之間。它通過阻(zu)止兩個電(dian)極之間的(de)(de)物理接觸來防(fang)止電(dian)池(chi)短路，但同時(shi)允(yun)許鋰離子的(de)(de)流動。隔膜一直被(bei)認為是電(dian)池(chi)的(de)(de)非活性部(bu)件，但它的(de)(de)性能對電(dian)池(chi)的(de)(de)性能和安全性至關(guan)重要。
隔膜是極性相反的(de)電極之(zhi)間的(de)多(duo)(duo)孔膜。多(duo)(duo)年來，人們使用(yong)了各種(zhong)不同的(de)隔膜材料(liao)，但(dan)今天的(de)商用(yong)隔膜通常是由聚(ju)乙烯或聚(ju)丙烯等聚(ju)烯烴制(zhi)成的(de)。
電(dian)解(jie)液(ye)的潤(run)濕性(xing)(xing)是鋰離(li)子電(dian)池(chi)隔(ge)膜的關(guan)鍵特性(xing)(xing)，因為電(dian)解(jie)液(ye)的吸(xi)附對(dui)離(li)子遷移至關(guan)重(zhong)要。聚合(he)物(wu)隔(ge)膜材料(liao)本身是疏水性(xing)(xing)的，對(dui)常規有(you)機電(dian)解(jie)液(ye)的潤(run)濕性(xing)(xing)不足(zu)。為了(le)提高隔(ge)膜材料(liao)的潤(run)濕性(xing)(xing)，人們考(kao)慮了(le)不同(tong)的方(fang)法。這包括使(shi)用不同(tong)類型(xing)的涂(tu)層，例如靜(jing)電(dian)紡(fang)絲或原子層沉(chen)積(ALD)，以及(ji)制造(zao)復合(he)隔(ge)膜。
力學法(fa)(fa)表面張力儀(yi)和(he)光(guang)學法(fa)(fa)接(jie)觸角測量儀(yi)均(jun)可用于研究鋰離子電池的潤(run)濕(shi)性。
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