接触角测量仪在极片亲疏水性能测试中的分析

  在锂离子电池制造过程中，极片（正极/负极）的润湿性对电解液的渗透、界面电荷传输及电池循环稳定性具有重要影响。亲水性过强可能导致极片吸湿，而疏水性过高则可能阻碍电解液的有效浸润，导致界面阻抗增大。因此，准确评估极片的亲疏水性至关重要。接触角测量仪通过分析液滴在固体表面的形貌，提供了一种快速、无损的表征手段，已成为电池材料研究中的重要工具。

一、极片亲疏水性能测试流程

1、样品制备

极片需保持平整、无污染，避免指纹或粉尘影响。必要时采用等离子清洗或酒精擦拭预处理。若研究涂层影响（如PVDF粘结剂或碳包覆层），需确保涂层均匀且完全干燥。

2、测试条件优化

液体选择：常规测试使用去离子水；若模拟电解液环境，可采用碳酸乙烯酯（EC）/碳酸二甲酯（DMC）等有机溶剂。

环境控制：温度（25±1°C）和湿度（40-60% RH）需稳定，避免液滴蒸发或凝结。

3、数据分析

每个样品至少测量3-5个不同位置，取平均值以消除局部不均匀性。结合表面能计算（如Owens-Wendt模型）进一步分析极片的极性分量和色散分量。

二、影响极片接触角的关键因素

1、材料成分

活性物质：磷酸铁锂（LFP）等正极材料通常亲水（θ < 50°），而石墨负极疏水性较强（θ ≈ 90°）。

粘结剂：PVDF（疏水）与CMC/SBR（亲水）的选择显著影响接触角。

导电剂：炭黑（疏水）与碳纳米管（CNT，可能亲水）的配比需优化。

2、表面形貌

粗糙表面可能放大润湿性（Wenzel模型：粗糙度增加亲/疏水性；Cassie-Baxter模型：空气截留导致超疏水）。

通过SEM/AFM观察极片微观结构，辅助解释接触角差异。

3、工艺处理

等离子处理：可引入含氧极性基团，使石墨负极接触角从100°降至30°以下。

涂布工艺：干燥温度过高可能导致粘结剂迁移，形成疏水区域。

  接触角测量仪为极片亲疏水性能的量化评估提供了可靠手段，结合表面化学与形貌分析，可指导电极材料设计和工艺优化。未来研究方向包括：

动态润湿行为：模拟电池充放电过程中的界面变化。

多尺度表征：联用XPS、FTIR等分析表面化学状态。

机器学习预测：建立材料成分-接触角-电池性能的关联模型。

  通过系统优化极片润湿性，可进一步提升电池的能量密度和循环稳定性，推动新型储能器件的发展。