|
电解液成分   对于不同的电解液体系，由于EC具有较大的极性，表面张力随着EC的比例增大而增大，随锂盐的变化波动较小。 K值与EC浓度成反比。当EC浓度一定时，K的大小为DMC＞DEC＞BL＞PC。其次，增大γ×cosθ有利于渗透过程，当接触角为0时，可达到最大。另一方面，粘度增大，渗透变差。对于以上体系，EC含量增大，粘度和表面张力均会增大，渗透性变差。尽管EC/PC体系粘度保持不变，表面张力显上升趋势，这些电解液的组合在理论上有利于加速液体渗透，但实验结果表明：K保持不变。也就是说，对于锂离子电池体系中的有机溶剂，即使在界面力达到最大值时，粘度仍然是控制因素。锂盐浓度对表面张力影响不大，但粘度会增大6-10倍，这说明电解液的渗透性会随着锂盐浓度增大急剧下降。 润湿剂和粘度稀释剂 当电解液不能快速和充分润湿非极性聚烯烃类隔膜，使用润湿剂可快速提升润湿效果。一些防过充的添加剂具有润湿功能，此外，添加适当的磷酸三烷基酯或线性高分子酯，例如癸酸甲酯、乙酸十二酯和叔羧酸系列，对非极性聚烯烃类隔膜具有很好的润湿效果。其次，在电解液中加入少量的P2O5可有效降低LiPF6基电解质的粘度。 正、负极材料及压实 锂离子电池的极片为多孔结构，对于不同形貌的负极材料（以负极举例）会直接影响浸润效果。 类球形 A 与 B 的主要区别是粒度分布。相同体密度下A 极片的渗透速率要远低于 B 极片，浸润时间较长，这主要是由于B 石墨粒径大，多孔电极间的空隙较大，可有利于浸润和渗透。对于C 体系极片与 D 体系极片，在低于1.0的情况下，渗透速度相当，但是，随着体密度的增大，渗透速率的差距越来越明显。这说明压力越大，其电极层的孔隙等价直径越小。C 石墨为夹杂着层片状的无规形貌，经过压实后，各种无规形状的石墨穿插在一起，其结构非常紧凑，并且片状石墨压实后有很高的取向性，片层方向趋向于平行极片表面，这种趋势在体密度越高的情况下表现越突出，由此导致极片孔径较小，孔隙率也低，直接影响了电解液的渗透速率。而 D 石墨的形貌较规则，等价粒径较大，因此其渗透速率高于C 石墨体系负极。 注液工艺  注液温度的影响对于电解液而言，温度升高可降低其粘度，从而加速注液与浸润过程。
真空度的影响通过真空，排除电池内部多空电极的气体，并且倒吸电解液，在微观层面，气泡的排除，有利于电解液与多孔电极的接触与浸润，从下图可以看出，真空度越大，越有利于注液浸润，效率更高。
循环次数的影响为了确定压力对电解液浸润的影响，进行三种注液方式，均以50mbar进行密封。可以发现，压力的变化过程对电解液的吸入有很大的影响。工艺3的条件下，电池显示出最大的干燥点，注液效果最差；在工艺2的条件下，在400mbar下可改善电解质的分布，可观察到干燥点；工艺1的条件，通过增加至两次循环，在400mbar下可完成注入电解液。但是，无论如何改变注液工艺，干燥区域总是位于接近分离器或电极片中间的位置。浸泡后的极片几乎是显黑色的，未润湿或干燥的电极显现为白色，可以通过光学手段很容易地检测到干斑。外层总是湿润的最好，干燥区域的大小越往极片中心，干燥区域越大，这一发现特别关键，因为电池容量越大，层数和厚度越大。在使用正压加压前进行吸真空排气，可进一步改善电解液的润湿。
常压注液和真空注液常压注液是在正常压力条件下，加入定量电解液。 半抽真空注液方式采取先注入一定量电解液后进行抽真空操作，使其中残留的气体排除，可促进电解液和电极片的接触和浸润。待抽真空操作结束后再加入剩余电解液，继续抽真空操作。一般电解液分两到三次注入，具体次数根据电解液含量来确定。 如图所示，常压注液条件下，电池浸润完全所需时间在 42 h 左右，在半真空注液条件下，电池所需完全浸润时间为 34 h，相比于常压注液方式缩短了 8 h。真空注液可以预先排除电池内部残留气体，加快电解液与极片和隔膜之间的浸润速度，缩短电池浸润所需时间。
高压等压注液传统负压倒吸式在注液过程中，频繁出现洒液现象，造成电池注液量不准，相比较而言，高压等压静置电池浸润效果更好，电池壳体不易变形。 高压注液系统，吸取传统负压倒吸式注液模式优点，在此基础上增加高压注液，对电池内部和电池所处密闭腔体同时加压，目的是在保证达到设定压力的前提下，保护电池安全阀完好，通过电池内部压力的极差变化，有效保证了电解液的注液效果，解决了注液过程中的洒液现象，大大提高的电池注液效率。相对于传统的负压倒吸式注液方式，注液时间缩短 50%-60%，注液合格率提高 15%，大幅降低因注液系统造成的注液误差，同时提高了电池内部电解液的浸润效果，从而为保证产品质量的一致性提供了必要条件。
参考文献: 1.Weydanz W J, Reisenweber H, Gottschalk A, et al. Visualization of electrolyte filling process and influence of vacuum during filling for hard case prismatic lithium ion cells by neutron imaging to optimize the production process[J]. Journal of Power Sources, 2018: 126-134. 2.Kuhnel R, Obeidi S, Lubke M, et al. Evaluation of the wetting time of porous electrodes in electrolytic solutions containing ionic liquid[J]. Journal of Applied Electrochemistry, 2013, 43(7): 697-704. 3.Zhang S S. A review on electrolyte additives for lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2006, 162(2): 1379-1394. 4.Wu M, Liao T, Wang Y, et al. Assessment of the Wettability of Porous Electrodes for Lithium-Ion Batteries[J]. Journal of Applied Electrochemistry, 2004, 34(8): 797-805. 5.黄锴. 基于超声波成像技术的锂离子电池电解液浸润性研究[D]. 2019. 6.王炜娜.负极对锂离子电池电液浸润及电性能的影响 扫描二维码 |
|
|
