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接觸角測量儀在極片親疏水性能測試中的分析
發布時間：2025-07-28 點擊次數：225
在鋰離子電池制造過程中，極片（正極/負極）的潤濕性對電解液的滲透、界面電荷傳輸及電池循環穩定性具有重要影響。親水性過強可能導致極片吸濕，而疏水性過高則可能阻礙電解液的有效浸潤，導致界面阻抗增大。因此，準確評估極片的親疏水性至關重要。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。必要時采用等離子清洗或酒精擦拭預處理。若研究涂層影響（如PVDF粘結劑或碳包覆層），需確保涂層均勻且完全干燥。
2、測試條件優化
液體選擇：常規測試使用去離子水；若模擬電解液環境，可采用碳酸乙烯酯（EC）/碳酸二甲酯（DMC）等有機溶劑。
環境控制：溫度（25±1°C）和濕度（40-60% RH）需穩定，避免液滴蒸發或凝結。
3、數據分析
每個樣品至少測量3-5個不同位置，取平均值以消除局部不均勻性。結合表面能計算（如Owens-Wendt模型）進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鍵因素
1、材料成分
活性物質：磷酸鐵鋰（LFP）等正極材料通常親水（θ < 50°），而石墨負極疏水性較強（θ ≈ 90°）。
粘結劑：PVDF（疏水）與CMC/SBR（親水）的選擇顯著影響接觸角。
導電劑：炭黑（疏水）與碳納米管（CNT，可能親水）的配比需優化。
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：空氣截留導致超疏水）。
通過SEM/AFM觀察極片微觀結構，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，使石墨負極接觸角從100°降至30°以下。
涂布工藝：干燥溫度過高可能導致粘結劑遷移，形成疏水區域。
接觸角測量儀為極片親疏水性能的量化評估提供了可靠手段，結合表面化學與形貌分析，可指導電極材料設計和工藝優化。未來研究方向包括：
動態潤濕行為：模擬電池充放電過程中的界面變化。
多尺度表征：聯用XPS、FTIR等分析表面化學狀態。
機器學習預測：建立材料成分-接觸角-電池性能的關聯模型。
通過系統優化極片潤濕性，可進一步提升電池的能量密度和循環穩定性，推動新型儲能器件的發展。
