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電解液浸潤性的評測方法多種多樣，常用的方法有：接觸角測量法、浸潤時間法(靜滴法)、浸潤高度、表面張力測量法、潤濕天平法。其中接觸角測量法是通過測量電解液滴在固體表面后形成的接觸角大小來評估電解液的浸潤性能；接觸角接近0°表示電解液良好地浸潤在表面上，而接近90°則表示電解液在表面上有較差的浸潤性能。

浸潤時間法是取一定量的電解液滴加于固體表面(如隔膜),測試電解液完全滲透所需的時間。時間越短,表示浸潤性能越好。浸潤高度法是將固定尺寸的固體材料(如隔膜)完全浸入或一端浸入電解液中,根據(jù)一定時間內(nèi)極片中浸入電解液的質(zhì)量來評估浸潤性能。表面張力測量法是表面張力是液體表面相對固體表面的作用力。電解液的表面張力越大, 其浸潤性能越差。通過測量電解液的表面張力, 可以間接評估其在固體表面上的浸潤性能。

本文我們以常規(guī)浸潤劑氟苯和DMC考察以上方法，評測這幾種方法適用性，并開發(fā)新的測試方法。

1. 實驗

1.1 實驗原料

實驗所選正極為磷酸鐵鋰正極，磷酸鐵鋰、粘結(jié)劑、導(dǎo)電碳黑的比例為94.5%、3.0%、2.5%，單面面密度為164g/m2，設(shè)計壓實密度為2.5g/cm3。實驗所選負極為人造石墨，人造石墨、粘結(jié)劑、分散劑、導(dǎo)電碳黑的比例為94.0%、2.5%、2.0%、1.5%，單面面密度為76g/m2,設(shè)計壓實密度為1.5g/cm3。實驗所選隔膜為濕法PE基膜，厚度(12±2)μm。

1.2 實驗配方

本實驗采用電解液的配方設(shè)計如表1所示：

1.3 實驗儀器

實驗儀器：電子天平，梅特勒；極片懸掛裝置，自制；接觸角張力測量儀， LSA100視頻光學(xué)接觸角張力測量儀。

1.4 實驗方法

懸掛法測試電解液爬升高度，操作過程如下：將裝置豎立放置，往其內(nèi)部注入電解液，液面高度略低于殼體高度，將上述需要測試的樣品裁剪成20mm×260mm的長條。實驗平臺尺寸為 55mm(厚度)×174mm(長度)×200mm(高度)，樣品裁切長度建議≥1.2倍殼體高度。將樣品用雙面膠固定在的隔板上下兩端的凹槽中，固定過程需保證樣品拉直無彎曲，再將固定有樣品條的隔板緩慢放入殼體內(nèi)，記錄時間和液面高度對應(yīng)刻度。隔板每條凹槽左邊都設(shè)計有刻度線，分度為0.5mm，作為浸潤實驗的起點，再緩慢移出移液管并用橡膠塞密封注液孔。后續(xù)每隔一定的時間對極片內(nèi)爬升電解液的高度ΔH進行記錄。

浸潤天平法, 操作同懸掛法測試電解液爬升高度類似，極片掛在天平下，記錄時間和初始極片質(zhì)量：后續(xù)每隔一定的時間對極片電解液引起質(zhì)量變化進行記錄。

接觸角法和表面張力法，操作參照 LSA100視頻光學(xué)接觸角張力測量儀的通用方法。電芯吸液法，操作參照浸潤天平法, 將極片換為電芯。

2. 結(jié)果與討論

2.1 浸潤高度法

結(jié)果分析：其中浸潤高度法法測試結(jié)果如圖1所示，隨著浸潤劑FB、DMC添加量越多，浸潤高度越高，滿足實際情況，但是不同組別之間數(shù)值差異較小，數(shù)據(jù)偏差較大，結(jié)果難重現(xiàn)，極片一致性難以保證；其可能原因是由于測試過程中存在多種不可控因素，如電解液的均勻性、 極片表面的微觀結(jié)構(gòu)等，可能導(dǎo)致每次測試的結(jié)果存在較大差異，難以獲得穩(wěn)定可靠的重復(fù)結(jié)果。

無法準確評估真實浸潤情況：同時浸潤高度法主要依賴于極片在一定時間內(nèi)浸入電解液的質(zhì)量來評估浸潤性能，但這種方法可能無法全面反映電解液在極片內(nèi)部的真實浸潤情況，特別是對于浸潤不均勻或存在微觀結(jié)構(gòu)差異的極片來說，評估結(jié)果可能不夠準確。并且對極片尺寸和形狀的依賴性強：測試時需要固定尺寸的極片，這限限制了該方法在不同尺寸和形狀極片上的適用性。對于非標準尺寸或特殊形狀的極片，可能需要額外的處理和轉(zhuǎn)換，增加了測試的復(fù)雜性和不確定性。此類方法測試時間較長：為了獲得較為準確的浸潤性能評估結(jié)果，通常需要在電解液中浸泡一段時間,這可能導(dǎo)致測試周期較長，不利于快速研發(fā)和生產(chǎn)過程中的及時評估。

2.2 潤濕天平法

結(jié)果分析：潤濕天平法可以看出，不同組別之間數(shù)值總體差異較小，數(shù)據(jù)偏差較大， 存在數(shù)值異?，F(xiàn)象，無法體現(xiàn)浸潤劑實際的效果，如FB。 

測試主要問題在于試條件控制難：浸潤質(zhì)量法需要精確控制測試條件，如電解液溫度、濃度、極片尺寸等，任何微小變化都可能影響測試結(jié)果，增加了測試的難度和復(fù)雜性；同時測試時間較長：為了獲得準確的浸潤質(zhì)量數(shù)據(jù)， 通常需要讓極片在電解液中浸泡較長時間，這可能導(dǎo)致測試周期較長，不利于快速研發(fā)和生產(chǎn)過程中的及時評估；而且結(jié)果受極片表面狀態(tài)影響：極片表面的微觀結(jié)構(gòu)、粗糙度等因素可能影響電解液的浸潤行為，從而影響測試結(jié)果的準確性。因此，在測試前需要對極片表面進行嚴格的預(yù)處理和表征；并且對電解液的要求較高：浸潤質(zhì)量法測試對電解液的均勻性、穩(wěn)定性等要求較高, 需要確保電解液在整個測試過程中保持恒定狀態(tài)，否則可能影響測試結(jié)果的可靠性；同時設(shè)備依賴性強：浸潤質(zhì)量法測試通常需要使用特定的測量設(shè)備，如高精度天平、恒溫恒濕箱等，這些設(shè)備的精度和穩(wěn)定性直接影響測試結(jié)果的準確性。

結(jié)果分析：表面張力法測試結(jié)果可以看出，電解液添加浸潤劑后，表面張力均有增大的趨勢，但是不同組別之間數(shù)值總體差異較小，數(shù)據(jù)偏差較大，無法得出有規(guī)律的結(jié)論。歸其原因，是因為電解液對極片的浸潤過程不僅包括界面作用，還有極片內(nèi)部空隙產(chǎn)生虹吸作用。

2.3 接觸角法和浸潤時間法

結(jié)果分析：由圖4所示，靜滴法測試會有兩個問題：(1)電解液液滴在極片表面會快速鋪展，很難保持穩(wěn)定；(2)座滴法測接觸角時很難保證液體與極片接觸的時間和速度完全一致；故而浸潤時間難以界定；同時接觸角測試結(jié)果如圖5所示，接觸角無法在一段時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定。

接觸角法測試極片浸潤性雖然是一種常用的方法, 但也存在一些缺點，主要包括：(1)表面粗糙度的影響：實際表面往往粗糙或不均勻，這會導(dǎo)致接觸角出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，即前進角和后退角不一致，從而影響測試結(jié)果的準確性。這種不均勻性可能使得測試結(jié)果難以準確反映極片的真實浸潤性能；(2)壓片效果的不確定性：在進行接觸角測試時，如果極片壓片效果不佳，可能會導(dǎo)致測試過程中液滴與極片表面接觸不良，進而影響測試結(jié)果的可靠性。例如，粉末狀材料在測試時可能會滾動，使得液滴形狀不穩(wěn)定，難以準確測量接觸角；(3)操作復(fù)雜性與誤差：接觸角測試需要精確的操作和測量技術(shù)，對操作人員的要求較高。同時，測試過程中可能存在多種誤差來源，如儀器精度、環(huán)境溫度和濕度變化等，這些都會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響；(4)對極片材料的依賴性：不同材料的極片表面性質(zhì)可能存在較大差異，這要求測試方法具有較高的適應(yīng)性和靈活性。然而，接觸角法在某些特定材料上的測試效果可能并不理想，需要結(jié)合其他測試方法進行綜合評估。

2.4 電芯吸液法

結(jié)果分析: 電芯吸液法測試結(jié)果可以看出, 電解液添加浸潤劑后, 吸液量增大; 浸潤劑加量越多, 電芯吸液量越多, 氟苯浸潤效果優(yōu)于碳酸二甲酯。測試整體誤差較小,重復(fù)性好,適用于電解液浸潤性評測。

3. 結(jié)論

接觸角測量法、浸潤時間法、浸潤高度、表面張力測量法、潤濕天平法等這些常規(guī)方法受極片一致性影響，誤差較大，難以滿足電芯浸潤性評測。而電芯吸液法測試電解液浸潤性則具有一系列顯著的優(yōu)點，其能直接反映浸潤效果，電芯吸液法通過直接測量電芯對電解液的吸收量，能夠直觀且準確地反映電解液在電芯中的浸潤效果。

這種方法避免了間接測量可能帶來的誤差，使得評估結(jié)果更加可靠；操作簡便，與其他復(fù)雜的測試方法相比，電芯吸液法的操作步驟相對簡單，不需要復(fù)雜的設(shè)備或?qū)I(yè)的技術(shù)。這使得該方法在實際應(yīng)用中更加易于推廣和使用；成本低廉，由于電芯吸液法所需的設(shè)備和材料相對簡單，因此其測試成本也相對較低。這對于大規(guī)模生產(chǎn)和研發(fā)來說，是一個不可忽視的優(yōu)勢；適用于多種電芯類型電芯吸液法不僅適用于鋰離子電池等常見類型的電芯，還可以應(yīng)用于其他類型的電芯。這使得該方法具有廣泛的適用性，可以滿足不同領(lǐng)域和行業(yè)的需求；有助于優(yōu)化電解液配方，通過電芯吸液法測試不同電解液配方對電芯的浸潤效果，可以篩選出浸潤性能更好的電解液配方。這對于提高電池性能、延長電池壽命具有重要意義；與電池性能直接相關(guān)。

電芯的浸潤性直接影響電池的性能。良好的浸潤性有助于電解液在電芯中的均勻分布，提高離子的傳輸效率，從而改善電池的倍率性能、放電容量和使用壽命。因此，電芯吸液法作為評估浸潤性的有效手段，對于提升電池整體性能具有重要作用。

綜上所述，電芯吸液法測試電解液浸潤性具有直接反映浸潤效果、 操作簡便、成本低廉、 適用于多種電芯類型、有助于優(yōu)化電解液配方以及與電池性能直接相關(guān)等優(yōu)點。這些優(yōu)點使得電芯吸液法成為評估電解液浸潤性的重要方法之一。

文獻參考：豐杏,范超君,范偉貞,史利濤.鋰電池的電解液浸潤性評測研究[J].廣州化工,2024,52(19):73-75104