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表面潤濕性為何決定電動汽車電池的性能與安全？
發(fā)布時(shí)間：2025-09-29 點(diǎn)擊次數(shù)：40
電池潤濕性，為何如此關(guān)鍵？在鋰離子電池體系中，極片與電解液的浸潤質(zhì)量直接影響著三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：離子電遷移效率、界面阻抗特性和循環(huán)壽命。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，接觸角每降低10°，電解液滲透速率可提升30%以上；良好浸潤可使固液界面接觸電阻下降40-60%；而浸潤不良導(dǎo)致局部析鋰的概率增加5-8倍。
電池材料的浸潤性對于提升電池性能、制造質(zhì)量和預(yù)防故障至關(guān)重要。利用接觸角測試儀，研發(fā)人員能夠檢驗(yàn)電池材料的潤濕性能以避免生產(chǎn)缺陷，從而提升電池的安全性和循環(huán)壽命。潤濕性不僅影響電池的基本性能，更關(guān)乎安全底線。華南理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，動力電池包在外環(huán)境及自身工況的耦合作用下可能會在內(nèi)部產(chǎn)生凝露。凝露的蓄積將轉(zhuǎn)變?yōu)榉e水，從而對電池包的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致絕緣失效、短路擊穿，最終引發(fā)熱失控火災(zāi)。
研究表明，在液體電解質(zhì)電池中，晶界處初生的晶間斷裂表面引入了電極內(nèi)額外的電化學(xué)方面，通過增加活性表面積和縮短擴(kuò)散路徑，進(jìn)一步增強(qiáng)了活性顆粒內(nèi)的鋰傳輸，并提高了短期充電容量。這意味著，在受控條件下，裂紋形成和穩(wěn)定可能是有益的——這挑戰(zhàn)了關(guān)于電池正極材料斷裂的傳統(tǒng)假設(shè)。
然而，這種耦合機(jī)制如同雙刃劍。潤濕通過增強(qiáng)表面反應(yīng)和鋰通量提高嵌脫鋰效率，同時(shí)加速裂紋擴(kuò)展并誘導(dǎo)新斷裂模式。在多晶NCM中潤濕提升了短期充電容量和庫侖效率，但增加了內(nèi)部裂紋密度。理解這一微觀機(jī)制，為優(yōu)化電池性能提供了新的思路。面對潤濕性對電池性能的重大影響，研究人員開發(fā)出了一系列精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。
在隔膜改性方面，華中科技大學(xué)教的授綜述系統(tǒng)總結(jié)了三大改性方法：表面涂覆、原位改性和接枝改性。其中，等離子表面處理技術(shù)利用高能粒子轟擊材料表面，改變表面化學(xué)和物理性質(zhì)，從而提高潤濕性。實(shí)驗(yàn)顯示，經(jīng)過等離子處理后，隔膜的水滴角可降低至28.72°，表面親水性得到顯著提高。通用汽車則從集流體角度切入，申請了“使用等離子體表面改性調(diào)節(jié)陽極集流體的鋰潤濕性的方法”專利。該方法通過等離子體處理陽極集流體，有針對性地調(diào)節(jié)不同部分的鋰潤濕性，從而優(yōu)化鋰金屬的沉積行為。
上海某公司針對固態(tài)電池的界面問題，開發(fā)了基于離子液體電潤濕改性的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。該技術(shù)通過在硫化物固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極界面引入特定的離子液體，進(jìn)行電潤濕處理，有效降低界面接觸角，改善界面潤濕性，降低界面阻抗。
盡管電池表面潤濕性研究已取得顯著進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)指出，下一代先進(jìn)鋰電池隔膜的開發(fā)需聚焦新型改性材料、制造工藝、功能化隔膜、粘附力的定量分析和安全性。對于動力電池包而言，凝露防控更是一個(gè)系統(tǒng)工程。研究團(tuán)隊(duì)提出，應(yīng)由溫降速率控制、BMS濕度監(jiān)測與高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)排水吸濕構(gòu)成多手段主動防控策略。
