一种电池电解液的电毛细浸润方法技术

本发明专利技术涉及一种电池电解液的电毛细浸润方法。本发明专利技术属于应用电化学技术领域。一种电池电解液的电毛细浸润方法，其特点是：电池电解液的电毛细浸润方法是运用电化学测试方法实现，电解液对于电极活性材料的浸润性受两相界面张力的影响，通过改变电极体系的电极电位来改变电极体系的界面张力，改变电解液对于活性物质材料浸润性。本发明专利技术具有工艺简单，操作方便，增强电解液对于电极的润湿性，保持了电池各组成材料的完整性，且不引入任何其余物质，可靠性更有保障等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于应用电化学
，特别是涉及一种电池电解液的电毛细浸润方法。
技术介绍
锂系列电池以其优异的性能得到广泛应用。随着新能源汽车的兴起，高比能和安全性良好的锂系列电池的开发迫在眉睫。在电极材料不断研发改进的基础上，对锂系列电池生产工艺进行合理优化能有效增加电池比能量，优化方法之一就是提高电极活性材料的载量并增大活性材料的压实密度。但该方法会使得电解液对电极的浸润性有所下降。由于电解液是电池内部离子传递的渠道，因此对于电解液接触性不良的活性物质势必无法有效参与氧化还原反应而失活，这会导致电池比能量的降低，甚至负极片可能有析锂发生，形成安全隐患。因此，如何增强电池电解液对于电极活性材料的浸润性成为提高锂电池比能量和安全性的关键因素之一。目前，对于增强电池电解液对于电极活性材料的浸润性方法的研究主要集中两方面，一个是使用添加剂对电解液进行改性，另一个是改良隔膜的吸液保湿能力。使用电解液添加剂如表面活性剂等材料能有效增强锂电池电解液对于电极活性材料的浸润性，但是添加剂的加入会使得有效电解液物质含量降低，并且各种添加剂对于电池其它性能的影响需要进一步评估。目前锂系列电池隔膜研发进展很快，陶瓷涂层隔膜不但能有效提高电池的耐热性，而且其吸液保湿能力良好，然而隔膜中的电解液只是提高了正负极之间离子的传导能力，并不一定能增强电池电解液对于电极活性材料的浸润性，且隔膜涂层物质的引入对于电池体系的影响也存在需要进一步估量等技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种电池电解液的电毛细浸润方法。可以满足目前高比能锂系列电池电解液对于极片浸润性要求的提高。本专利技术的电毛细浸润方法是以电毛细现象为原理依据，运用现代电化学测试方法实现，整个过程中保持了电池各组成材料的完整性，且不引入任何多余物质。对于增强电池电解液对于电极活性材料浸润性的研究都是在现代电化学研究的范畴之外而进行的，现代电化学研究的重点是一类导体与二类导体之间的界面及其效应，而电解液对于极片活性物质材料的浸润性恰恰是现代电化学研究的主要内容。本专利技术的目的是提供一种具有工艺简单，操作方便，增强电解液对于电极的润湿性，保持了电池各组成材料的完整性，且不引入任何其余物质，可靠性更有保障等特点的电池电解液的电毛细浸润方法。电解液对于电极活性材料的浸润性本质上是受两相界面张力的影响，而电极活性材料是由活性物质颗粒粘结而成，颗粒之间存在细微孔隙，这些孔隙串连形成电解液的流通通道，电解液在孔隙内必然由于界面张力而存在毛细现象。电毛细现象研究的是界面张力与电极电位之间关系的现象。界面化学中指出任何两相界面之间都存在着界面张力，对于电化学研究而言，电极/电解液界面构成的电极体系也不例外。但是对于电极体系而言，界面张力不仅与界面层的物质组成有关，而且与电极电位有关。这种界面张力随电极电位变化的现象就是电毛细现象。界面张力与电极电位的关系曲线叫做电毛细曲线。本专利技术旨在以电毛细现象为原理依据，通过改变电极体系的电极电位来改变电极体系的界面张力，以实现改变电解液对于活性物质材料浸润性的目的。电毛细现象原理指出电极表面剩余电荷为零，即无离子双电层时，界面上没有因同性电荷相斥所引起使界面扩大的作用力，固此时电极体系界面张力最大。当电极表面存在正的剩余电荷时，随电极电位变正，界面张力变小；当电极表面存在负的剩余电荷时，随电极电位变负，界面张力也会减小。因此，无论电极表面剩余何种类型的电荷，界面张力都会随着其数量的增加而减小，即随着电极电位偏离零电荷电位的数值越大，界面张力越小。电解液与电极之间的界面张力的变化直接影响电解液对于电极的润湿性，而电极的润湿情况对于电池的循环性能和安全性能影响至关重要。故此，电极表面的剩余电荷密度与电极电位紧密相关，我们通过改变电极电位来改变界面张力，实际上是通过改变电极表面剩余电荷密度来实现的。电极表面剩余电荷密度可以简单的通过电毛细曲线得到，电毛细曲线的测量可以借助电毛细曲线静电计得到。但是，这里需要指出的是，对于理想极化电极体系来讲，界面的组成不随电极电位的变化而发生变化，因此电极体系界面张力的改变完全是电极电位作用的结果。然而电池体系的界面结构要复杂得多，因此电极体系界面张力的改变不单单是受电极电位的影响，而且受电极界面结构改变的影响，电极界面改变后会引起界面双电层的电容改变，因此微分电容能更好的表现出电极界面的性质。此外，通过李普曼方程可以知道，电毛细曲线实际上是积分电容曲线，相对于微分电容曲线对于表面剩余电荷的计算而言其精度略低，且在稀溶液中微分电容曲线的零电荷电位更直观。微分电容曲线的测量也比较简单，可采取交流电桥法或其他暂态法精确测量。电解液对于电极的浸润表面存在电极、电解液和气体三相界面，三个界面上各存在一个相间界面张力如附图所示，图中σ1为电极与电解液间的界面张力，σ2为电解液与气体之间的界面张力，σ3为电极与气体之间的界面张力。当三相稳定存在时，在气、液、固三相点处(M点)三个界面张力处于平衡状态。它们之间存在如下关系：cosθ＝(σ3-σ1)/σ2式中，θ角称为润湿接触角，θ越小，表示电解液对于电极的润湿性越好。当对电极进行充放电时，σ1会按照电毛细曲线的规律随着电极电位的变化而变化，而σ2和σ3随电极电位的变化相对而言可以忽略不计。当电极电位偏离零电荷电位而不断变化时，σ1将会减小，(σ3-σ1)将会增大，接触角θ不断变小，电解液对于电极的浸润性因而提高，当接近于零时，电解液达到对电极的完全浸润。就是说电极便面的剩余电荷密度增大时，电解液对于电极的润湿性越好，或者说气体在电极表面的附着力降低，从而被电解液赶走。本专利技术电池电解液的电毛细浸润方法所采取的技术方案是：一种电池电解液的电毛细浸润方法，其特点是：电池电解液的电毛细浸润方法是运用电化学测试方法实现，电解液对于电极活性材料的浸润性受两相界面张力的影响，通过改变电极体系的电极电位来改变电极体系的界面张力，改变电解液对于活性物质材料浸润性。本专利技术电池电解液的电毛细浸润方法还可以采用如下技术方案：所述的电池电解液的电毛细浸润方法，其特点是：电化学测试方法为，通过测量借助电毛细曲线静电计得到电毛细曲线，再通过电毛细曲线得到电极表面剩余电荷密度曲线；或采取暂态法精确测量电极界面微分电容曲线；选择电毛细曲线或者微分电容曲线测量电极的零电荷电位，优选微分电容曲线，然后通过对电池的电极片进行电化学极化，从而增加电解液对于电极活性物质的浸润性。所述的电池电解液的电毛细浸润方法，其特点是：暂态法精确测量电极界面微分电容曲线时，采取交流电桥法暂态法精确测量微分电容曲线。本专利技术具有的优点和积极效果是：电池电解液的电毛细浸润方法由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：1、本专利技术以电毛细现象为理论依据，采取电毛细曲线法或微分电容法测量得到电极体系的零电荷电位，从而增强电解液对于电极的润湿性。2、本专利技术借鉴现代电化学研究成果，完全采用电化学的研究手段，摒弃掉了改变电池内相关关键材料成分的方法，保持了电池各组成材料的完整性，且并不引入任何其余物质，可靠性更有保障。附图说明图1为本专利技术电解液对于电极的浸润表面存在电极、电解液和气体三相界面结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池电解液的电毛细浸润方法，其特征是：电池电解液的电毛细浸润方法是运用电化学测试方法实现，电解液对于电极活性材料的浸润性受两相界面张力的影响，通过改变电极体系的电极电位来改变电极体系的界面张力，改变电解液对于活性物质材料浸润性。

【技术特征摘要】
1.一种电池电解液的电毛细浸润方法，其特征是：电池电解液的电毛细浸润方法是运用电化学测试方法实现，电解液对于电极活性材料的浸润性受两相界面张力的影响，通过改变电极体系的电极电位来改变电极体系的界面张力，改变电解液对于活性物质材料浸润性。2.根据权利要求1所述的电池电解液的电毛细浸润方法，其特征是：电化学测试方法为，通过测量借助电毛细曲线静电计得到电毛细曲线，再通过电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼，罗萍，孙毅，王炜娜，郝永辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12