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接觸角測量儀在極片親疏水性能測試中的分析

發(fā)布時(shí)間:2025-07-28 點(diǎn)擊次數(shù):166

  在鋰離子電池制造過程中,極片(正極/負(fù)極)的潤濕性對(duì)電解液的滲透、界面電荷傳輸及電池循環(huán)穩(wěn)定性具有重要影響。親水性過強(qiáng)可能導(dǎo)致極片吸濕,而疏水性過高則可能阻礙電解液的有效浸潤,導(dǎo)致界面阻抗增大。因此,準(zhǔn)確評(píng)估極片的親疏水性至關(guān)重要。接觸角測量儀通過分析液滴在固體表面的形貌,提供了一種快速、無損的表征手段,已成為電池材料研究中的重要工具。

一、極片親疏水性能測試流程

1樣品制備

極片需保持平整、無污染,避免指紋或粉塵影響。必要時(shí)采用等離子清洗或酒精擦拭預(yù)處理若研究涂層影響(如PVDF粘結(jié)劑或碳包覆層),需確保涂層均勻且完全干燥。

2測試條件優(yōu)化

液體選擇:常規(guī)測試使用去離子水;若模擬電解液環(huán)境,可采用碳酸乙烯酯(EC/碳酸二甲酯(DMC)等有機(jī)溶劑。

環(huán)境控制:溫度(25±1°C)和濕度(40-60% RH)需穩(wěn)定,避免液滴蒸發(fā)或凝結(jié)。

3數(shù)據(jù)分析

每個(gè)樣品至少測量3-5個(gè)不同位置,取平均值以消除局部不均勻性。結(jié)合表面能計(jì)算(如Owens-Wendt模型)進(jìn)一步分析極片的極性分量和色散分量。

二、影響極片接觸角的關(guān)鍵因素

1材料成分

活性物質(zhì):磷酸鐵鋰(LFP)等正極材料通常親水(θ < 50°),而石墨負(fù)極疏水性較強(qiáng)(θ ≈ 90°)。

粘結(jié)劑:PVDF(疏水)與CMC/SBR(親水)的選擇顯著影響接觸角。

導(dǎo)電劑:炭黑(疏水)與碳納米管(CNT,可能親水)的配比需優(yōu)化。

2表面形貌

粗糙表面可能放大潤濕性(Wenzel模型:粗糙度增加親/疏水性;Cassie-Baxter模型:空氣截留導(dǎo)致超疏水)。

通過SEM/AFM觀察極片微觀結(jié)構(gòu),輔助解釋接觸角差異。

3工藝處理

等離子處理:可引入含氧極性基團(tuán),使石墨負(fù)極接觸角從100°降至30°以下。

涂布工藝:干燥溫度過高可能導(dǎo)致粘結(jié)劑遷移,形成疏水區(qū)域。

  接觸角測量儀為極片親疏水性能的量化評(píng)估提供了可靠手段,結(jié)合表面化學(xué)與形貌分析,可指導(dǎo)電極材料設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化。未來研究方向包括:

動(dòng)態(tài)潤濕行為:模擬電池充放電過程中的界面變化。

多尺度表征:聯(lián)用XPSFTIR等分析表面化學(xué)狀態(tài)。

機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測:建立材料成分-接觸角-電池性能的關(guān)聯(lián)模型。

  通過系統(tǒng)優(yōu)化極片潤濕性,可進(jìn)一步提升電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性,推動(dòng)新型儲(chǔ)能器件的發(fā)展。

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