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倫敦大學(xué)/法拉第研究所AEM：鋰離子電池電極干燥的機(jī)理與計(jì)量綜述

鋰離子電池制造鏈極其復(fù)雜，尤其是干燥過程的可控參數(shù)很多。這些過程會(huì)影響這些電極膜的多孔結(jié)構(gòu)和性能，并影響最終的電池性能。然而，由于現(xiàn)有計(jì)量學(xué)的限制，可用的干燥信息有限并且對(duì)動(dòng)力學(xué)知之甚少。迫切需要開發(fā)新的方法來了解干燥動(dòng)力學(xué)，以改進(jìn)電極涂層的質(zhì)量控制。

圖1. 常見的電極和電池制造工藝

在此，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）Ye Shui Zhang, Dan J. L. Brett及法拉第研究所Emma Kendrick等人對(duì)與濕電極膜干燥過程相關(guān)的參數(shù)和變量進(jìn)行了全面總結(jié)，并描述了其對(duì)成品電極/最終電池性能的后果/影響。

首先回顧了干燥過程并討論了該過程的具體階段和機(jī)制（聚集，薄膜固結(jié)，薄膜收縮，孔隙排空、分離和粘合，溶劑蒸發(fā)等），并對(duì)干燥機(jī)制和模型進(jìn)行了討論。

然后審查了不同參數(shù)和變量（干燥方法和速率、粘結(jié)劑類型、溫度和配方等）對(duì)電極結(jié)構(gòu)和由此產(chǎn)生的物理和電化學(xué)特性的影響，并考慮了可能的缺陷及表征方法。

接下來討論了目前用于測(cè)量干燥參數(shù)/變量對(duì)電極的影響的計(jì)量學(xué)，以及未來的改進(jìn)和應(yīng)用先進(jìn)計(jì)量學(xué)進(jìn)行薄膜干燥分析、控制和建模的機(jī)會(huì)。

總之，電極干燥模型中需要考慮的關(guān)鍵機(jī)制是活性粒子的固結(jié)、溶劑的對(duì)流/蒸發(fā)、非活性材料（粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑）的平流和擴(kuò)散以及應(yīng)力/開裂。

圖2. 最新的三階段干燥機(jī)理的總結(jié)

最后，作者提出了電極干燥計(jì)量的未來展望。模擬和建模是評(píng)估干燥場(chǎng)景和深入了解干燥過程的更快方法，膠體穩(wěn)定性、傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)等參數(shù)可為電極制造的早期階段提供有用的數(shù)據(jù)。當(dāng)前的原位表征示例包括微觀結(jié)構(gòu)演變、干燥速率、粘結(jié)劑和顆粒分布或干燥應(yīng)力發(fā)展，但是由于不同技術(shù)的限制，獲得的干燥動(dòng)態(tài)信息非常有限。

非原位計(jì)量不提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此有大量機(jī)會(huì)可以擴(kuò)展當(dāng)前的原位監(jiān)測(cè)，引入和開發(fā)更先進(jìn)的計(jì)量技術(shù)來研究干燥過程的需求正在出現(xiàn)。通過直接觀察干燥過程，深入了解干燥參數(shù)/變量對(duì)電極形成的影響，不僅有助于理解干燥機(jī)理，而且有助于LIBs的下一代電極設(shè)計(jì)。

圖3. 用于研究電極干燥過程的現(xiàn)有和潛在技術(shù)

A Review of Lithium-Ion Battery Electrode Drying: Mechanisms and Metrology, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102233

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