ACS Nano：洞察陶瓷涂层增强锂离子电池润湿性的机制

迄今为止，高能量密度锂离子电池（LIBs）中的关键润湿性问题尚未得到全面解决。为克服这一挑战，最先进的LIBs采用了陶瓷涂层隔膜，改善了LIBs的安全性和润湿性相关方面。

东国大学Dong Hyup Jeon、大邱庆北科学技术院Jong-Won Lee等提出了一项关于陶瓷涂层（CCL）对电极润湿性影响的机理研究，并报告了CCL在LIBs中的最佳位置。

图1. 电池结构及不同CCL位置的示意图

具体而言，作者使用多相晶格玻尔兹曼法(LBM)模拟了电解液在电池单元（即正极、负极、隔膜和CCL）中的传输，并进行了EIS实验来分析润湿的演化。

通过比较四种不同的CCL位置的情况，作者探讨了CCL对LIB电极润湿性的影响，并阐明了润湿的物理原理。

LBM结果表明，CCL在解决LIB润湿性问题方面发挥了关键作用，它提高了电解液的润湿率和整体饱和度。

当电解液穿过CCL时，CCL中的小孔促使速度矢量走得更远，导致毛细管压力增加，将电解液推向电极，从而提高润湿率。CCL的位置对润湿率有很大影响，并显示出以下趋势：D-CCL（正负极均涂） > A-CCL （涂覆负极）> C-CCL（涂覆正极） > N-CCL（未涂）。

图2. 不同CCL位置的电解液润湿特性

研究显示，在早期阶段，CCL结构似乎阻碍了电解液从饱和的隔膜渗透到电极。然而，一旦电解液穿过CCL，增加的速度将其更远地输送到电极区域的孔隙中。

EIS分析进一步证实了LBM的结果，该分析监测了随着电解液润湿的进展，电池的界面电阻的演变。

此外，带有CCL的隔膜表现出卓越的电解液润湿性，这表明，加入CCL可以缩短老化期，从而减少生产费用，并能开发出具有成本竞争力的LIB，因此，强烈建议在LIB中加入CCL。

此外，与叠加在隔膜上并置于隔膜-负极界面（ACCL）的商用陶瓷隔膜相比，作者发现D-CCL在提高LIB的润湿性方面更有优势。

为确定加入CCL的商业可行性，未来应全面研究创新的制造理念，如将该层叠加在隔膜或电极上，以及用其他材料替代，如可提高总容量的材料。

图3. 软包LIB的EIS谱

Mechanistic Insight into Wettability Enhancement of Lithium-Ion Batteries Using a Ceramic-Coated Layer. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c09526

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