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前 言

血淤是指中醫辨證中的一種證型。血淤即血液運行不暢，甚至瘀滯不通的狀態，阻滯于經脈及臟腑內，血淤會使患者出現皮疹紫暗、舌質紫暗，甚至會引起腦血栓、冠心病等疾病。在電芯中，電解液即為電芯的“血液”，當其無法充分浸潤電芯內部并順暢流通時，也會出現“血淤”現象，從而影響電芯的各方面性能。  

電解液浸潤程度是影響鋰離子電池動力學、循環壽命和安全可靠性等性能的關鍵因素之一，良好的浸潤效果可以在固液之間形成一個均勻的、有利于電化學反應的界面，減小正負極材料與電解液之間的界面電阻。這種界面有助于（Solid Electrolyte Interface）SEI膜的生成，從而提升電芯的循環穩定性和安全性[1-3]。若電解液的浸潤效果不理想，會使得充放電過程中鋰離子的傳輸路徑變遠，降低鋰離子在正負極之間的穿梭效率，影響電芯的動力學性能。不完全浸潤可能會出現活性物質剝離、鋰枝晶生長等問題，這些會導致電芯內阻增加和容量降低，加速電芯的老化過程，更嚴重的可能使電芯在充放電過程中出現局部過熱，引起熱失控導致火災和爆炸等安全問題（圖1）。

圖1.電芯熱失控

電解液浸潤改善方案

針對電解液浸潤不良的問題，可通過調整電解液配方，修改電芯生產工藝參數等方案進行改善：       

電解液配方改善：電解液的化學成分和物理狀態（如溶劑、溶質、粘度和表面張力等）會影響其浸潤電極的能力[4]。當電解液與正負極，隔離膜材料不適配時，電解液與材料表面的接觸角θ會比較大（圖2），二者之間的相互作用力較小，電解液無法充分浸潤整個材料。因此，研發人員通常會通過調整溶劑、溶質或者加入某些特定的添加劑來改善電解液與電極材料的相容性，從而提高電解液的浸潤能力，提升電芯壽命。

圖2.電解液與極片的接觸角示意圖       

前工序工藝改善：不同形貌、粒徑的正負極材料，導電碳和粘結劑等對電解液的浸潤效果不同。通常材料的比表面積越大，電解液的滲透速率越快，滲透程度越好。所以針對不同材料，需要調整相應的電芯生產工藝參數，確保電解液的充分浸潤。  

在極片層級：壓實密度會直接影響到電解液的浸潤程度。雖然提高壓實密度可以降低電芯內阻并提升電芯的體積能量密度，但當極片的壓實密度過大時，極片內部的孔隙率會降低，這不利于電解液的浸潤和滲透。因此 需要調節適當的壓實密度，在得到低阻抗的同時，保證電解液的充分浸潤。       

在裸電芯層級：裸電芯極片、隔離膜的卷繞張力以及熱壓定型程度也會影響電解液的浸潤（圖3）。當裸電芯卷繞熱壓過緊時，極片與隔離膜的間隙很小，電解液無法充分浸潤到電芯內部，容易導致電芯在循環過程中出現中部紫斑，析鋰等問題。當裸電芯結構較為松散時，一方面會導致裸電芯入殼困難，循環過程中出現電芯變形等異常，另一方面會使得正負極、隔離膜之間的間隙增加，導致電解液無法均勻分布在電芯中，進而影響到電芯的性能。

圖3.(a)裸電芯示意圖，(b)熱壓前(c)熱壓后裸電芯橫截面示意圖       

注液工藝改善：改善電解液浸潤效果最常規的一種辦法是調整注液工藝。從注液方式，注液后靜置溫度和時間，注液條件等方面可以有效改善電解液的浸潤效果。例如，通過真空注液能夠改善鋰離子電池的電解液浸潤性。在真空條件下進行注液，不僅有利于排出電芯內的氣體，還能夠減少氣體對電解液注入的阻力，讓電解液與極片直接接觸，從而減少浸潤時間，提升浸潤程度。注液后通常會進行高溫靜置，在高溫條件下電解液能夠更好地滲透到電芯內部以及電極材料的孔隙中，提高電解液與電極的接觸面積和反應活性。

電解液浸潤測試系統

基于電解液浸潤對于電芯的重要性，元能科技（廈門）有限公司開發出電解液浸潤測試系統，可量化不同電解液在不同極片，裸電芯間的浸潤差異，為電解液浸潤評估提供了一種有效手段。       

電解液毛細浸潤系統：圖4a為毛細管浸潤法的原理示意圖。在毛細管內注入電解液，毛細玻璃管與極片表面垂直接觸后，隨著電解液不斷浸潤涂層，毛細管液面不斷降低。視覺識別系統實時記錄毛細管液面高度，液面高度的動態演變過程就是電解液浸潤實時過程，高度變化量即電解液的浸潤量。如圖4b所示，樣品1在50s和100s時電解液的液面下降值均明顯大于樣品2，這說明電解液在樣品1中浸潤能力更好。

圖4.(a)毛細管浸潤法原理示意圖，(b)不同負極的毛細管浸潤曲線       

電解液重量浸潤系統：圖5a為重量浸潤法的原理示意圖。將極片/裸電芯懸掛在相應的天平下，浸潤在電解液中，隨著時間增加，電解液會向上攀爬，此時通過天平的重量變化可以實時表征極片、裸電芯的電解液浸潤量和浸潤速率。對不同壓實密度的極片進行了測量，其中樣品A的壓實密度小于樣品B，從測量結果上看（圖5b），樣品A的浸潤K值大于樣品B，即壓實密度越大電解液的浸潤性越差。

圖5.(a)重量浸潤法原理示意圖，(b)不同壓實密度極片的重量法浸潤曲線 

電解液高度浸潤系統：圖6a為高度浸潤法的原理示意圖。將極片豎放并浸潤在電解液中，通過搭載高精度視覺采集系統實時記錄電解液在極片中的浸潤高度從而實時表征電解液的浸潤速率。圖6b為不同負極極片的高度法測量結果，從結果上看高度法同樣可區分出不同極片的電解液浸潤差異。

圖6.(a)高度浸潤法原理示意圖，(b)不同負極的高度法浸潤曲線

總 結

“血淤”現象會導致電芯出現黑斑、鋰枝晶生長、內阻增加、容量跳水，嚴重的會出現電芯局部過熱，引起熱失控導致火災和爆炸等安全問題。因此，評估電解液的浸潤效果是電芯體系研發，工藝生產中需要關注的核心之一，通過元能科技開發出電解液浸潤測試系統，可以從極片和裸電芯層級評估電解液的浸潤能力，從而為電解液設計，電芯生產制造工藝提供一定的理論指導。

參考文獻

[1] 鄭洪河等編著. 鋰離子電池電解質. 北京：化學工業出版社, 2007.01.

[2] Wang B L, Wang J P, Zhang L, et al. Adsorptive Shield Derived Cathode Electrolyte Interphase Formation with Impregnation on LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 Cathode: A Mechanism-Guiding-Experiment Study[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024:16, 38, 50747–50756.

[3]張雙虎.鋰離子電池的電解液浸潤的研究進展[J].化學世界,2021,62(03):129-136.

[4] Yao N, Yu L, Fu Z H, et al. Probing the origin of viscosity of liquid electrolytes for lithium batteries[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2023: e202305331.