KRüSS于1796年誕生于德國(guó)漢堡，是表面科學(xué)儀器領(lǐng)域的全 球領(lǐng)導(dǎo)品牌，至今已有兩百多年歷史。近50年來(lái)，KRüSS致力于表界面研究，先后研發(fā)了世界上第 一臺(tái)商用全自動(dòng)表面張力儀和第 一臺(tái)全自動(dòng)接觸角測(cè)量?jī)x，并首 創(chuàng)了Washburn粉末測(cè)量方法和Pendant Drop表面張力測(cè)量法。KRüSS目前主要產(chǎn)品包括各類接觸角測(cè)量?jī)x、動(dòng)/靜態(tài)表面張力儀以及泡沫分析儀等。

背景和研究

鋰離子電池廣泛應(yīng)用于智能設(shè)備，可穿戴設(shè)備，電力儲(chǔ)存系統(tǒng)等新興應(yīng)用領(lǐng)域，為了提高其能量密度和循環(huán)性能，鋰離子電池的研究除了在結(jié)構(gòu)、材料開發(fā)方面外，電解液的浸潤(rùn)是制造工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電解液，隔膜，電極和集流體之間的界面潤(rùn)濕性會(huì)極大的影響電池的性能。

圖1. 鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

電解液對(duì)極片的浸潤(rùn)：當(dāng)把電解液注入電池殼內(nèi)時(shí)，電解液會(huì)通過(guò)卷芯的隔膜進(jìn)入正極-隔膜-負(fù)極之間。隨著時(shí)間的延續(xù)，會(huì)出現(xiàn)電解液浸潤(rùn)極片、隔膜內(nèi)電解液反向浸潤(rùn)極片的現(xiàn)象，當(dāng)靜置時(shí)間長(zhǎng)到一定程度時(shí)，在電解液表面張力的作用下，對(duì)極片的浸潤(rùn)就達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，此時(shí)固-液-氣三相之間的夾角θ為接觸角（潤(rùn)濕角）。

圖2. 氣-液-固三相平衡時(shí)的接觸角

電解液是電池正負(fù)極之間起傳導(dǎo)作用的離子導(dǎo)體，充放電過(guò)程中，在正負(fù)極間往返地傳輸鋰離子。通常采用的電解液為有機(jī)溶劑，在電解液中加入外加劑也能夠改善電解液的浸潤(rùn)。浸潤(rùn)劑的實(shí)質(zhì)是表面活性劑，此類浸潤(rùn)劑具有高表面活性、高耐熱穩(wěn)定性、低可燃性和高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在電解液中添加浸潤(rùn)劑后能夠降低液體的表面張力，提高電解液對(duì)極片和隔膜的潤(rùn)濕能力和滲透能力，從而提高電池的電化學(xué)性能。力學(xué)板法或者環(huán)法，光學(xué)懸滴法等測(cè)試電解液的表面張力。

隔膜-電解液的潤(rùn)濕性指的就是電解液在隔膜表面的鋪展能力，較好的潤(rùn)濕性有利于提高隔膜與電解液的親和性，擴(kuò)大隔膜與電解液的接觸面，從而增加離子導(dǎo)電性，提高電池的充放電性能和容量；同時(shí)潤(rùn)濕性能夠影響鋰金屬負(fù)極枝晶的生長(zhǎng)，隔膜-電解液間的潤(rùn)濕性好，那么隔膜中鋰離子傳輸通道就非常充足，鋰離子在隔膜中傳輸也會(huì)變得更加容易。Z 后，隔膜的潤(rùn)濕性能改善后，在電池生產(chǎn)工序中，可以縮短電池靜置處理時(shí)間，提高電池的生產(chǎn)效率。

圖3. 潤(rùn)濕性好（左）和潤(rùn)濕性差（右）

條件下隔膜對(duì)鋰離子流的分散作用

光學(xué)座滴法或者力學(xué)法測(cè)試電解液在隔膜上的接觸角。Wang等人以電解液為測(cè)試液，通過(guò)改性前、改性后PE隔膜的電解液接觸角變化，探究一步沉積自組裝法改性對(duì)PE隔膜潤(rùn)濕性的影響。如圖4（a）所示，PE原膜的靜態(tài)接觸角為63°；如圖4(b)所示，MPE隔膜的靜態(tài)接觸角為5°。在隔膜表面構(gòu)筑(CTS/PAA-CSH)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合修飾層后，MPE隔膜實(shí)現(xiàn)了對(duì)電解液的超親液效果，MPE隔膜擁有Z 好的浸潤(rùn)性。為探究改性前、改性后PE隔膜潤(rùn)濕性能變化的原因，使用去離子水與二碘 甲烷，采用OWRK法計(jì)算隔膜的表面自由能。如表1所示，PE原膜的表面自由能為42.6 mJ·m-2，MPE隔膜的表面自由能為75.0 mJ·m-2 。改性后隔膜的表面自由能顯著提高，這是隔膜表面引入(CTS/PAA-CSH)極性分子修飾層后界面極性增強(qiáng)導(dǎo)致的結(jié)果。MPE隔膜的表面自由能大于 PE 隔膜表面自由能，這是MPE隔膜比PE隔膜更加親液的原因之一。

電解液，隔膜，電極和集流體之間的界面潤(rùn)濕性會(huì)極大的影響電池的性能。電解液的表面張力與其在電極和隔膜上接觸角可以有效地表征電解液潤(rùn)濕性?？藚问刻峁┒喾N表面張力和接觸角的測(cè)試方案。

實(shí)驗(yàn)儀器與方法[上海  浦東新區(qū)]多通道手持式溫度儀

采用KRUSS DSA25S標(biāo)準(zhǔn)型接觸角測(cè)試儀，接觸角測(cè)試精確至0.1°。