真空注液与常压注液的原理对比与影响

真空注液与常压注液是目前常见的两种注液方式,真空注液相较来说更为主流。一句话概括就是真空注液为 “主动渗透”,常压注液是 “被动平衡”。

在对比二者的原理与影响之前我们先来了解下毛细作用。

毛细作用:

毛细作用是电解液在极片 / 隔膜多孔结构中自发渗透的核心机制,其本质是表面张力驱动的液 – 固界面润湿行为。其引起液体在狭窄孔隙或管道中由于表面张力的作用自发流动的物理现象成为毛细现象。

所以电解液浸润的核心作用力就是毛细作用,而毛细作用的核心是表面张力与接触角。公式是 2γcosθ/r,其中 γ 是表面张力,θ 是接触角,r 是孔径。因此材料的亲液性(接触角小)和小孔径会促进毛细作用。

接下来我们来对比两种注液方式:

1.真空注液:

①操作步骤:首先将电池放置在密闭腔体内,抽至负压状态,排除内部的空气;然后进行注液,利用压差快速渗透;接着进行保压/循环操作,最后完成封口。

②浸润原理:通过负压环境改变电池内部的压力状态,利用压差驱动电解液渗透到极片孔隙中。另外因为气体被抽出,减少孔隙中的气体阻力,避免了气泡阻碍电解液浸润。因此真空浸润主要是靠压差驱动与毛细作用达到浸润效果。(且负压下,无需克服空气阻力)

③优劣势:真空注液浸润均匀性高,气体排出效果明显且彻底,并能有效减少电解液残留的气泡。适用于高孔隙率或厚电极电池。但其设备成本较高。

2.常压注液:

①操作步骤:首先将电解液在常压下注入电解液中,然后依靠毛细作用和一定的外力辅助进行浸润,最后完成密封封口。

②浸润原理:主要是靠毛细作用+自然静置+一定的重力作用。利用毛细作用达到初步浸润,然会通过长时间的放置(有时也会加一定的外力重力辅助,)电解液分子在浓度梯度下向极片内部扩散来达到深度浸润。③优劣势:其优势是设备成本低,设备要求较为简单。但是有着微孔难浸润、气泡残留、时间过长的缺点。
总之就是真空注液为 “主动渗透”,常压注液是 “被动平衡”。真空注液通过负压消除空气阻力 + 强化毛细驱动力,解决了常压注液中 “微孔难浸润、气泡残留、时间过长” 的核心问题,尤其适合高能量密度电池。而常压注液因设备简单,仍用于低厚度、低孔隙率的类电池。