技术 锂离子电池极片涂布和干燥缺陷研究综述

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近几年来，随着新能源汽车行业的蓬勃发展，新能源汽车市场和国家补贴政策对锂离子动力电池的能量密度、循环寿命、安全性能和电池成本不断提出更高的要求。因此，电池厂商高度重视生产过程中的品质管控，努力提高产品的质量和一致性，并尽可能降低电池生产成本。

在锂离子电池工艺开发和品质管控过程中，极片制造属于前段工序，在整个过程中占据着重要位置。日本电池界普遍认为，电池的质量有70%与极片品质有关。究其原因，在于极片品质好坏不仅影响电池中段组装工序，而且会对后段工序、电池的电化学性能和安全性能产生关键性的影响。美国橡树岭国家实验室的研究[1]表明，在制造成本为502.8 $/kWh的电池中，采用先进的极片制造技术可减少111 $/kWh的成本支出，因此极片制造技术在降低电池制造成本中发挥着重要作用。

锂离子电池极片制造包括合浆、极片涂布和干燥、极片的辊压和裁切等工序。在之前的文章[2]中已详细讲述了锂离子电池合浆工艺的方法和技巧。除合浆工序外，极片涂布和干燥也是制备高品质极片的重要环节。在实际的极片涂布和干燥过程中可能出现各种涂布和干燥缺陷，不利于制备具有均一厚度和面密度的极片，严重影响极片性能和良品率。本文主要从各类极片缺陷的形成机制、防治措施和检测方法等三个方面进行了概括和介绍，并对极片制造技术的发展趋势进行了展望。

极片缺陷的种类、形成机制和防治措施

在极片涂布和干燥过程中，可能出现的缺陷主要分为三类：点状缺陷、线状缺陷和边缘缺陷。点状缺陷包括团聚体颗粒、针孔缺陷和缩孔缺陷等；线状缺陷主要包括划痕、竖条纹和横条纹缺陷等；边缘缺陷主要包括厚边和拖尾现象等。下面就各种缺陷的形成机制和防治措施进行介绍。

1.1 点状缺陷

1.1.1 团聚体颗粒

如图1所示，如果浆料搅拌不均匀，导电剂和粘结剂没有形成良好的分散效果，极片表面会出现大面积的凸起，即导电剂的团聚体[3]。此外，浆料、涂布设备或涂布基材中引入Fe、Cu、Zn、Al等金属粉末，极片表面会形成以金属粉末为核心、浆料物质为表层的团聚体。搅拌过程中，环境湿度太高，导致正极浆料成果冻状态，极片辊压后也会出现团聚体颗粒[4-5]。

(A)极片表面光滑，(B)极片表面存在团聚体颗粒；(a，b)为(B)的细节放大图，其中导电剂的团聚体没有完全分散；(c，d)为(A)的细节放大图，其中导电剂充分分散、均匀分布

图1 由球形石墨+SUPERC65+CMC+蒸馏水制备的极片[3]

极片出现团聚体缺陷后，在辊压极片时较软的颗粒可被碾成粉末、从极片表面脱落，较硬的颗粒则会凸显出来、形成尖点，存在刺破隔膜、短路的安全隐患[6-7]。研究[8-9]表明，极片表面出现团聚体颗粒会对电池的电压、电压衰减和循环寿命等造成不利影响。此外，以Fe、Cu、Zn、Al等金属粉末为核心的团聚体也会对电池造成巨大的危害[5]。尺寸较大的金属颗粒可刺穿隔膜，导致正负极之间短路，即物理短路；当金属异物混入正极后，充电之后正极电位升高，金属发生溶解、通过电解液扩散，然后在负极表面析出，也可刺穿隔膜、造成短路，这种称为化学溶解短路。

针对团聚体缺陷的形成机制，团聚体缺陷主要通过优化合浆工艺和环境清洁除尘来消除。

1.1.2 缩孔缺陷

如图2所示，在涂布过程中，涂布基材受到较低表面张力物体(如油滴、灰尘等)的污染后，污染物周围的涂布溶液会流向具有较高表面张力的方向，形成像火山口或酒窝状的缩孔缺陷[10-13]。材料之间表面张力不匹配，是产生缩孔缺陷的主要诱因，但浆料的粘度、流动性以及干燥风速和温度等都可能改变表面张力及其作用过程，从而诱发形成缩孔缺陷。例如，过低粘度(~1 500 mPa·s)的水性浆料在涂布后，溶液因表面张力不同会脱离疏水的石墨、积聚到表面张力较高的位置，形成缩孔缺陷[13]。

图2 缩孔缺陷的(a)形成机制示意图[13]，(b)极片微观形貌图[13]和(c)含火山口状缺陷的极片外观图

针对缩孔缺陷的形成原因，相应的防治措施[10,12]有：(a)控制环境粉尘；(b)浆料过滤除铁、基材表面清洁；(c)选用相容性好的分散剂或分散介质；(d)提高浆料粘度和缩短干燥时间等。

1.1.3 针孔缺陷

湿膜中的气泡从内层向表面迁移，在膜表面破裂会形成针孔缺陷[11-12](图3)。气泡主要来自搅拌、涂液输运以及涂布过程[12]。针孔缺陷处活性物质涂层较薄，在电池充放电过程中最易造成微短路；正极涂层出现针孔缺陷会降低材料的库仑效率、倍率性能和循环性能。因此涂布前的浆料需做好脱泡处理。

图3 针孔缺陷的(a)极片外观图和(b)极片微观形貌图[14]

1.1.4 橘皮缺陷

在涂布过程中，由于溶剂挥发，不同的区域产生温度差，浆料上层和底层形成浓度差，形成表面张力的梯度及自然对流的现象，涂布溶液就会发生迁移，最终造成涂布表面不平整、形成橘皮缺陷(图4)。烘箱的干燥速率过快或热风风速过快，溶液在流平前就提早固化，也形成橘皮缺陷[11]。

图4 (a)真的橘皮和(b)具有橘皮缺陷的极片

抑制橘皮缺陷的形成，可采取以下措施[11]：(a)降低干燥速率，让溶液可以有足够的时间流平；(b)在溶液里添加一些低挥发的溶剂、表面活性剂等，减小温度差和浓度差。

1.2 线状缺陷

1.2.1 划痕

涂布过程中，大颗粒聚集在出料狭缝，所制备涂层会出现与涂布方向平行的线状薄区或漏箔线条[15]。这导致涂层不均匀，会影响电池容量的一致性。除此之外，基材质量不佳，有异物挡在涂布间隙上或模具模唇损伤也会造成划痕(图5)，要注意排查原因。

图5 涂布过程中的划痕缺陷[14]

1.2.2 规律竖条纹缺陷

如图6所示，规律竖条纹缺陷是沿涂布方向出现的平行条纹，并且覆盖整个涂布幅面，就像拿个梳子或者锄地的耙子沿机器方向抓，人为地抓出了外观一样的缺陷。从流体动力学的角度来讲，涂布浆料受到本身粘弹力、惯性力和表面张力等作用力，在不同方向叠加产生的受力差异会造成涂布厚度的不均匀分布，即形成规律竖条纹。涂布后肉眼很容易观察到这种缺陷，在烘干过程中也很难通过流平消除[16]。如果极片出现团聚体、针孔和划痕等缺陷，可切割去除；但一旦发生竖条纹缺陷，极片几乎找不到一块能用的部分，产品得率就降到0%。

图6 规律竖条纹的(a)极片外观图和(b)示意图[16]

防治措施[16]主要有：(a)确定工艺是否在合理的工艺窗口内，调整涂布工艺参数，降低涂布速度；(b)降低涂辊与背辊之间的涂布间隙；(c)添加溶剂或表面活性剂，稀释浆料，降低浆料粘度；(d)减小辊子的直径。

1.2.3 横条纹缺陷

横条纹缺陷是垂直于涂布方向，固定间隔所产生的波纹或线条，主要是由于泵输送的浆料流量不稳定和涂布设备振动造成的[17]。所以避免横条纹的出现可更换泵和涂布设备，涂布头增加真空盒等来改善。

1.3 边缘缺陷

1.3.1 厚边现象

由于浆料流体特性，在涂层起始点、终止点以及两侧边缘容易形成半月形，极片边缘出现厚度突增的现象称为厚边现象[18](图7)。厚边现象形成本质是在表面张力驱动下物质发生迁移。极片干燥时，涂布边缘比内部区域溶剂挥发快，涂布浆料流向高表面张力的边缘区堆积，使得边缘过厚[10,12]。

图7 厚边缺陷示意图[12]

厚边的危害比较大：(a)影响极片的辊压、分切和卷绕工艺，极片受力不均会造成极片翘曲度过大，增大后续分切、卷绕难度；(b)在充放电过程中，电流分布不均匀，容易产生极化；(c)在充放电膨胀/收缩过程中因极片受力不一致，厚边缘更易失效，影响电池性能。一般地，3C电池工艺设计时，可切除极片边缘来消除这种厚边的不利影响。动力电池要求高功率和高能量，电池设计往往需要保留涂层边缘[19]，因此厚边现象需高度重视。

针对厚边缺陷，可采取以下措施[10,12,19]进行解决：(a)添加界面活性剂，降低浆料的表面张力，抑制干燥过程中浆料向边缘的流延；(b)优化狭缝垫片出口形状，改变浆料流动速度，降低边缘浆料的应力状态，减弱浆料边缘膨胀效应；(c)减小涂布间隙。以上措施效果比较有限，最重要的还是需要依靠高精度的涂布设备来改善。

1.3.2 拖尾现象

浆料粘度太低或固含量过低时，浆料发生固液分层，因液体的流动性比固体好，当固体停止流动时液体部分或者固含量低的部分还会向外流动，就会形成拖尾现象(图8)。拖尾现象又分为水印式拖尾和锯齿状拖尾。水印区域无活性物质和导电剂存在，造成面密度不均的概率较低，因此水印式拖尾危害较小。发生锯齿状拖尾现象时，极片面密度不均匀现象严重，危害较大。另外，浆料发生沉降或者正极浆料出现“果冻”现象也会出现拖尾现象。

图8 有拖尾现象的极片外观图

除浆料固含量和粘度外，基材和浆料的表面张力差异性也会引起拖尾现象。浆料在基材上润湿要求浆料的表面张力低，基材的表面能高；否则在涂布后涂层会很快脱润湿，即涂层从已涂布的地方缩回。因此，除制备固含量和粘度适宜的浆料外，还应从这两方面注意抑制拖尾或回缩现象的产生[10]：(a)基材的表面能与浆料的表面张力要匹配，基材的表面能要高，涂料液体的表面张力要低；(b)防止基材表面干燥点的出现。

极片缺陷的检测技术

前文提到的团聚体、划痕、厚边、条纹、拖尾和橘皮等极片缺陷，会严重影响电池的一致性、使用寿命和安全性能，有效地鉴别和剔除存在缺陷和瑕疵的极片，提高极片品质和一致性势在必行。传统的人工检测方法效率低、误差大，且无法保证检测质量，难以满足锂离子电池大规模生产的需求。近年来，具有精度高、速度快和非接触等优点的现代科学技术不断发展和完善起来。目前，针对极片品质的检测技术主要有：射线法测厚技术、激光测厚技术、机器视觉检测和红外热成像技术。

2.1 射线法测厚技术 —— 采用 X 射线或 β 射线测量涂层的厚度和面密度

X射线或β射线穿透物质时，被物质反射、散射、吸收，导致穿透的射线强度相对于入射射线强度有一定衰减。衰减比例与被穿透物体的厚度/密度呈负指数关系。通过测量穿透前后的射线强度，即可推断出物质的厚度/面密度[20]。该方法可直接获得涂布极片的厚度和面密度值，测量精度高；但设备昂贵、辐射源的维护管理成本也较高，且使用不当会对人体造成伤害。

2.2 激光测厚技术 —— 检测极片面密度和缺陷

激光测厚仪一般是由两个激光位移传感器上下对射的方式组成的，上下的两个传感器分别测量被测体上表面位置和下表面位置，通过计算得到被测体的厚度。激光在线测厚技术应用于测量极片的厚度，测量精度可达±1.0μm，还能实时显示测量厚度及厚度变化趋势，便于数据追溯和分析[20]。利用激光测厚仪[21-22]可剔除存在厚边、针孔和团聚体等缺陷的极片。

2.3 机器视觉检测技术 —— 检测极片缺陷

所谓“机器视觉”，就是利用机器代替人眼来做测量和判断，主要是通过采用图像控制器(CCD)扫描被测物，图像实时处理及分析缺陷类别，实现对极片表面缺陷的无损在线检测。完整的机器视觉系统综合了光学、机械、电子和计算机软硬件等技术，可检测出0.2mm×0.2 mm及以上的缺陷，检测速度达60个/min，具有检查精度高、处理速度快、抗干扰能力强和运转时安稳可靠等优势，在大规模批量生产模式下可替代流水线员工进行锂离子电池极片进行全面检测。

机器视觉检测在锂离子电池制造安全检测中具有明显优势，但离大规模的普及应用还存在一定距离，主要是由于部分电池企业生产工艺、产线自动化程度和进口视觉检测设备兼容性不高，对机器视觉检测系统的功效存在疑惑。因此除少数大型电池厂商和先进企业率先开始应用之外，大多数企业仍持观望态度。

2.4 红外线热成像技术 —— 检测极片缺陷

红外线热成像技术也可用来检测极片缺陷。红外线热成像技术将物体热辐射的红外线特定波段信号转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布。当物体表面存在缺陷时，该区域会出现温度偏移；在热成像技术获取的极片温度分布曲线中，具体表现为缺陷点位置出现温度尖峰，其中温度升高的尖峰对应团聚体，温度降低的尖峰对应针孔或者掉料[5,23] 。红外线热成像技术可有效鉴别一些光学探测手段无法分辨的缺陷，是一种高效的极片表面缺陷探测手段。目前，红外线热成像技术仅用于科学基础研究，距离工业化应用还存在较大距离。

展 望

极片涂布和干燥过程中可能会出现团聚体、针孔、划痕、厚边和拖尾等缺陷，抑制极片缺陷的形成和及时剔除存在缺陷的极片，对于提高锂离子电池的电化学性能、安全性能、一致性意义和降低电池制造成本意义重大。随着各种高精度、高效率在线检测技术的普及和广泛应用，极片缺陷被及时检测和剔除，涂布和干燥工况条件得到及时反馈和调整，锂离子电池在能量密度、高安全性和一致性方面将迈上新台阶。

参考文献：

[1]WOOD D L, LI J L, DANIEL C, et al. Prospectsfor reducing the processing cost of lithium ion batteries[J].Journal of Power Sources, 2015, 275: 234-242.

[2] 杨时峰，薛孟尧，曹新龙，等. 锂离子电池浆料合浆工艺研究综述[J]. 电源技术，2020，44(2)：291-294.

[3] BITSCH B,WILLENBACHER N, WENZEL V, et al. Impact of mechanical process engineering onthe fabrication process of electrodes for lithium ion batteries[J]. ChemieIngenieur Technik, 2015, 87(4): 466-474.

[4] DAVIDA L,RUTHERA R E, MOHANTY D, et al. Identifying degradation mechanisms inlithium-ion batteries with coating defects at the cathode[J]. Applied Energy,2018, 231: 446-455.

[5] MOHANTY D,HOCKADAY E, LI J, et al. Effect of electrode manufacturing defects onelectrochemical performance of lithium-ion batteries: Cognizance of the batteryfailure sources[J]. Journal of Power Sources, 2016, 312: 70-79.

[6]裴敬龙. 锂离子电池正极片辊涂存在的问题及解决措施[J]. 新疆有色金属，2012(增刊2)：112-113.

[7] 覃晓捷，韦京汝，王姜婷，等. 正极极片表面颗粒对电池性能影响的研究[J]. 电源技术，2017，41(10)：1399-1401.

[8] 王双双，武行兵，张沿江，等. 锂离子电池循环寿命影响因素的研究[J]. 电源技术，2015，39(6)：1211-1213.

[9] 宋晓娜. 锂离子电池自放电研究[J]. 电池工业，2013(1)：47-50.

[10] 龚海青，郭洪猷，王平. 表面张力引起的涂层弊病(II)[J]. 现代涂料与涂装，2000(4)：1-2.

[11] 李群英. 涂装工常用技术手册[M]. 上海：上海科学技术出版社，2008：293-296.

[12] 迟彩霞，张双虎，乔秀丽，等. 狭缝式涂布技术的研究进展[J]. 应用化工，2016，45(2)：360-364.

[13] 成都茵地乐电源科技有限公司. 极片涂覆与干燥中的缩孔现象[EB/OL].[2013-07-03]. http://www.cd-ydl.com/index.php?go=article-26.html.

[14] KRAYTSBERG A,EIN E Y. Conveying advanced Li-ion battery materials into practice: The impactof electrode slurry preparation skills[J]. Advanced Energy Materials, 2016,6(21): 1600655

[15] SCHMITT M,BAUNACH M, WENGELER L, et al．Slot-die processing of lithium-ion battery electrodes—Coatingwindow characterization[J]．Chemical Engineering and Processing: ProcessIntensification, 2013, 68: 32-37．

[16] COHEN E D. Howcan the ribbing defect be eliminated in web coating?[J]. Converting Quarterly,2015, 5(1): 16-17.

[17] 燃化部第一胶片厂. 挤压涂布弊病的防止与消除[J]. 感光材料，1973(2)：9-13.

[18] SCHMITT M, SCHARFER P, SCHABEL W．Slot die coming of lithium-ionbattery electrodes: Investigations on edge effectissues for stripe and pattern coatings[J]. Journal of Coatings Technology and Research, 2014，11(1): 57-63.

[19] 新能源Leander.锂电池极片挤压涂布厚边现象及解决措施[EB/OL]. [2017-07-18]. http://www.china-nengyuan.com/tech/111508.html.

[20] 庞可可. 激光测厚仪在锂电池极片涂布生产中的应用性研究[J]. 河南科技，2016(3)：144-145.

[21] 陈功，许清泉，朱锡芳. 锂电池极片质量监控系统的设计和实现[J]. 仪表技术与传感器，2013(12)：87-89.

[22] 王莹. 激光测厚仪在锂电池极片生产中的应用[J]. 电源技术，2012，36(2)：186-187.

[23] 王云辉，孙青山，李松鞠. β射线在锂离子电池生产中的应用[J]. 电池，2018(5)：347-349.

作者： 杨时峰，胥 鑫，曹新龙，邵 乐，田占元

单位： 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司

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安全锂电池用温度不敏感电解质

第一作者：罗子承

通讯作者：李彬*

单位：北京航空航天大学

研究背景：

尽管锂离子电池（LIBs）被广泛应用，但偶尔发生的火灾和爆炸事件仍然困扰着锂电池的使用。这些安全风险是其进一步发展的不可忽视的障碍，且通常与电池的热管理有关，表现为快速的热失控（TR）。在复杂且变化多端的使用环境中，尤其是在面对快速温度变化的条件时，电池的TR更容易发生。除了不受控制的外部热量，电池内部也会因许多放热的副反应而迅速释放热量。另一方面，当电池经历突然冷却过程时，电池的整体性能也会迅速下降，负极上的锂枝晶生长也可能发生，这也会带来电池的不可逆故障。从这个角度来看，电池的热管理，特别是提高对温度变化的耐受性，在电池的安全性和性能中起着重要作用。因此，亟需开发一种用于锂离子电池的温度不敏感电解质。

文章简介：

近日，北京航空航天大学的李彬副教授 在国际知名期刊Small 上发表题为“Uncovering Temperature-Insensitive Feature of Phase Change Thermal Storage Electrolyte for Safe Lithium Battery” 的文章。该文章利用相变材料聚己内酯和聚乙二醇制备了一种温度不敏感电解质（TI-electrolyte），这种电解质具有出色的抗热刺激能力，可以解决由于缺乏耐热滥用性而导致的LIBs安全问题。

本文要点

相变材料（PCMs）是热存储的热门材料，在过去的十年中，这些材料已经在外部热管理系统中得到了广泛的应用，其中它们在通过可逆的相变过程调节能量存储设备的热特性中发挥了关键作用。这项技术利用了PCMs在两种不同状态（液体/固体或在聚合物的情况下是结晶/无定形）之间发生变化时吸收和随后释放热能的固有能力，从而维持热平衡并提高系统效率。TI-electrolyte利用电纺聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维作为基质，将聚己内酯（PCL）和聚乙二醇（PEG）浸润其中，并采用聚碳酸酯（PC）作为增塑剂。当遇到热冲击（高于或低于环境温度）时，用TI-electrolyte组装的电池温度几乎不受温度波动的影响，确保电池在极端条件下正常工作。

在室温下，该电解质展现出独特的微观结构，特征是晶体相和无定形相共存。当突然升温时，材料经历吸热相变，有序的晶体区域转变为无序的无定形状态。这种转变吸收了来自电池内部或环境的热量，有效地缓解了温度冲击的影响。相反，当低温冲击时，无定形相开始结晶过程。这种转变是放热的，释放热量以抵消冷却效果，并有助于保持材料内部温度的稳定性。这种独特行为凸显了TI-electrolyte作为一种热缓冲材料的潜力，能够通过在晶体相和无定形相之间进行可逆相变来动态响应环境温度变化。

从DSC中观察到30℃到60℃之间有两个吸热峰，分别对应PEG和PCL，通过分析确定PEG的相变温度为38.8℃，相变焓为33.6 J g-1，而PCL的相变温度为47.7℃，相变焓为10.7 J g-1。总体表明，TI-electrolyte具有从30℃到60℃的广泛缓冲温度范围和相当的总焓值30.46 J g-1，使其适用于更安全的锂离子电池。

Li+迁移活化能（ΔEa）是评估电解质导离子性能的重要指标之一。通过比较PCL-PEG（0PC）、PCL-PEG（10PC）和PCL-PEG（20PC）的阿伦尼乌斯曲线，观察到引入PC显著提高了室温下电解质的离子电导率。这种增强可以归因于PC减少聚合物中的晶体区域的能力，而增加的无定形区域，促进了Li+传导。从图中确定PCL-PEG（0PC）的ΔEa为0.77 eV，而对于PCL-PEG(20PC)其值甚至更低，为0.66 eV。这与观察到的宽温度范围内高离子电导率一致。以纯PCL作为室温下离子电导率的参考，PCL-PEG(0PC)的离子电导率接近纯PCL。然而，PCL-PEG（10PC）的离子电导率增加了5.3倍，PCL-PEG(20PC)显示出显著的17倍增强，达到0.7 mS cm-1，满足了高性能锂离子电池的组装条件。

LSV测试揭示了TI-electrolyte的电化学稳定性。与纯PCL的电化学窗口（4.1V vs Li+/Li）相比，TI-electrolyte展现出更宽的电化学窗口，扩展到4.7V（vs Li+/Li），这表明其优异的电极稳定性，使其能够在相对较高的电压下保持稳定，适用于更严苛的使用条件。本文还测试了TI-electrolyte的Li+迁移数()并与纯PCL进行了比较。计算得出的TI-electrolyte的为0.61，高于纯PCL观察到的值0.51，这项提高可归因于引入PC与短链PEG，两者都促进了Li+的传输。得益于其出色的离子电导率和，用TI-electrolyte组装的锂对称电池在CCD测试中表现优秀，达到了1.5 mA cm-2的电流密度，其出色的电化学性能使电池能够在保持安全的同时高效运行。

为了进一步研究PC和温度对TI-electrolyte中Li+传输机制和溶剂化结构的影响，本文进行了分子动力学（MD）模拟和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）测试。结果显示，纯PCL在室温下Li-O(PCL)和Li-O(TFSI-)的配位数分别为2.05和1.48。相比之下，TI-electrolyte中Li-O(PCL)和Li-O(TFSI-)的配位数分别为2.20和0.61。此外，其中Li-O(PEG)和Li-O(PC)的配位数分别为1.20和1.79。

结合FT-IR可以观察到，引入PC后，PC参与了Li+的配位，这通过碳酰基（C=O）吸收峰从1650 cm-1蓝移到1770 cm-1得到证实，表明PC中的碳酰基团参与了Li+的配位（C=O…Li+）。根据不同温度（30℃和60℃）下的溶剂结构图，可以观察到在没有PC的情况下，Li+主要呈现聚集体（AGG）配位结构。引入PC后，在室温下，主导配位结构转变为接触离子对（CIP），显著提高了Li+的传输速率。随着温度的升高，溶剂结构演变为溶剂分离离子对（SSIP）占主导，这也是有效的Li+传输路径。可以得出结论，无论是低温（以CIP为主）还是高温（以SSIP为主）的溶剂结构都促进了高效的锂离子传输，这与TI-electrolyte的高锂离子导电性密切相关。

拉伸测试显示随着PEG和PCL的加入，拉伸强度从PVDF纳米纤维基体的1.03 MPa增加到1.22 MPa，这表明TI-electrolyte具有良好的的机械性能，这种性能源自聚合物链中形成的分子间力。分别用纯PCL和TI-electrolyte组装的锂对称电池被用于评估在恒流循环下锂剥离/镀层过程中的界面稳定性。由于该电解质与金属锂之间良好的相容性，其在0.1 mA cm-2的电流密度下展现出超过600小时的循环性能稳定性。此外，对称电池在整个循环过程中经历了相对较小的电压波动。对于纯PCL，过电位保持在较高的水平，约为35 mV，而对于TI-electrolyte，过电位始终维持在25 mV以下。

即使在近600小时的循环后，对称电池显示出最小的过电位值（22 mV），展示了电解质与锂负极之间的出色相容性。利用SEM观察了循环后的锂负极表面形态，如图可以看到锂负极表面保持光滑平整，没有明显的裂纹和坑洼，表明对锂枝晶生长有一定的阻碍作用。对锂对称电池在10个循环后的锂负极进行了XPS测试，以进一步检查形成的SEI组分。如图中的C 1s分析显示，可以观察到-CH2-/-CH3和-C-S-/-C-N-的峰，表明SEI中形成了有机复合物。值得注意的是，由于光谱中缺少-CF3，PVDF基体不参与界面反应。

在磷酸铁锂（LFP）的全电池中，TI-electrolyte展现出较高初始容量144.5 mAh g-1，在0.5 C下200次循环后仍保持107.6 mAh g-1的稳定高容量，容量保持率为71%。在1C倍率下的充放电循环也展示了其令人满意的电化学能力。进行了倍率性能测试以评估快速充电性能，TI-electrolyte的高离子电导率以及促进了Li+的传输速率，减少了浓度极化并表现出出色的倍率性能。在逐渐增加的倍率0.2、0.5、1、2和3 C（1C = 170 mAh g-1）下，TI-electrolyte的比容量分别为161.1、142.7、114.3、92.7和72.3 mAh g-1。值得注意的是，当恢复到0.5 C时，容量几乎完全恢复到原始水平，表明其具有优秀、的结构稳定性。

图中显示了在30°C、40°C和50°C温度下组装的全电池的循环性能。显然，随着温度的升高，电池的比容量明显提高。具体来说，对应于30°C、40°C和50°C的比容量分别为144.4 mAh g-1、154.9 mAh g-1和165.5 mAh g-1，表现出越来越接近LFP的理论比容量。随着温度升高，比容量的增加与聚合物链移动性的显著温度依赖性相符。

TI-electrolyte在加热时具有吸热效应，在冷却时具有放热效应，展现出显著的耐受突发性热或冷冲击的潜力，并能在滥用条件下迅速管理电池温度。为了验证其的热调节性能的实用性，组装了LFP软包电池，并准备了液体电解质（LE）软包电池进行比较。使用红外热像仪监测电池在热/冷冲击下的内部温度。如图，在0分钟时，两个电池的温度都在28°C左右，图像中主要显示为蓝色。在热冲击（热板温度约90°C）下，基于LE的电池温度增加的速度明显快于基于TI-electrolyte的电池。仅5分钟后，基于LE的电池的温度已接近热板温度。使用TI-electrolyte的电池在达到目标温度方面表现出明显的延迟，表明其具有出色的热调节性能，其有效地缓冲了电池在极端条件下的突然温度升高，使电池能够正常工作并增强其及时安全性。

同时，本文使用Ansys Fluent的MSMD电池模块与NTGK电化学模型进行了热失控模拟。如图，分析了五个标称容量为30Ah、放电C率为1.0C的电池（cell1、cell2、cell3、cell4和cell5）。在cell-3内发生短路触发了电池组的热失控，记录了每个电池的温度随时间的变化。与商用LE的比较模拟表明，TI-electrolyte凭借其出色的吸热效果，显著延迟了电池组的热失控时间至967秒，并将热失控温度抑制在195°C，相比之下，液体电解质的情况为488秒、214°C。这些发现强调了TI-electrolyte作为提高锂离子电池安全性的可靠解决方案的潜力。

通讯作者简介

李彬 副教授简介，北京航空航天大学材料科学与工程学院副教授。2009年于北航获得学士学位，2016年于北航获得博士学位。留校任教。2019年聘任为博士生导师。主要研究方向为新能源材料及器件，包括锂金属电池、固态电池、锂硫电池及储能电化学等。承担了国家自然科学基金青年项目、科技部重点研发项目子课题等多个项目。已授权国家发明专利14项，转化应用2项。在《Advanced Material》《Advanced Energy Material》《Energy &Environment Science》《Advanced Functional Material》《Nano-Micro Letters》等期刊上发表SCI论文90余篇，其中一作/通讯论文44篇，他引5300余次，个人H因子40。

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