研究背景

在任何大規(guī)模生產(chǎn)過程中，時間和成本效率都是密切相關(guān)的。但是，在機(jī)器化大生產(chǎn)領(lǐng)域，時間往往是關(guān)鍵，而高容量鋰離子電池的制造商則必須在 不同的維度上應(yīng)對時間問題。填充一個電池的電解液可能需要許多小時--這是工藝鏈中一個惱人的瓶頸。因此，電池開發(fā)商迫切地尋找加快這一工藝的方法。

由于電極材料的特殊性，填充電池的等待時間較長。多孔層必須被電解液滲透，以確保質(zhì)量和電荷傳輸。這需要多長時間，取決于材料的化學(xué)成分、層的厚度和密度，以及電解液的潤濕性。因此，有些地方需要進(jìn)行干預(yù)--是借助提前測量潤濕率的方法，而不是在電池中進(jìn)行電化學(xué)測量。

電解液需要很長的時間才能滲透到電極材料內(nèi)部的所有孔隙

用Washburn法監(jiān)測潤濕性

在Washburn這個名字的背后，隱藏著一種優(yōu)雅的測量潤濕速度的方法。精密的力學(xué)傳感器可以檢測多孔樣品中液體隨時間上升而引起的質(zhì)量增加?；谟纱水a(chǎn)生的潤濕速度K，不同的電極材料甚至在電池中使用之前就可以相互比較。例如，該方法可用于確定漿料中炭黑的比例。

Washburn測量中時間質(zhì)量增加的研究進(jìn)展

研究結(jié)果還表明，電極潤濕性如何受到涂層工藝（壓延）參數(shù)的影響。[1] 原則上，可以研究影響潤濕時間的所有可能因素，從而進(jìn)行優(yōu)化。

Washburn法揭示的濕潤率對壓延工藝的依賴性[1]。

電解液表面張力的作用

潤濕始終是兩種組分之間的一個過程，當(dāng)然電解液的性質(zhì)也會影響填充時間。表面張力（SFT）越低，潤濕速度越快，這就是為什么表面活性物質(zhì)（表面活性劑）經(jīng)常添加到電解液中。張力測量--可使用與Washburn法測量所用的相同儀器進(jìn)行--可快速獲得SFT和添加劑效果的結(jié)果。

極性與潤濕性的關(guān)系

如果我們剛剛談到SFT和濕潤之間的直接關(guān)系，這僅僅是故事的一半。主導(dǎo)潤濕的界面化學(xué)相互作用也取決于電解質(zhì)和電極材料的極性。借助于更深入的研究，可以根據(jù)接觸角和電極材料的表面自由能（SFE）更精確地記錄這些相互作用。某種程度上更大的努力是值得的。例如，根據(jù)表面自由能及其極性部分，可以計算出電解質(zhì)或電極材料的哪些特性會導(dǎo)致最佳的潤濕。與其用試錯法進(jìn)行研究，不如根據(jù)有意義的結(jié)果參數(shù)，有針對性地優(yōu)化潤濕。

借助擴(kuò)散系數(shù)尋求電極與電解液的匹配

[1] Sheng, Yangping: Investigation of Electrolyte Wetting in Lithium Ion Batteries: Effects of Electrode Pore Structures and Solution. Theses and Dissertations 1080 (2015).