一按即润：软包电池电解液浸润的“海绵灵感”新策略
在锂离子电池的制造过程中，电解液注入与浸润是一个常被忽视却至关重要的环节。电解液需要充分渗入隔膜与多孔电极内部，才能形成稳定的离子传导通路，为电池提供高效、安全的工作环境。然而，电解液浸润过程往往极其缓慢；即使是在自动化产线中，也常需要 24 到 48 小时 才能完成。这不仅严重拖慢了生产节拍，也显著增加了制造成本。
得克萨斯大学奥斯汀分校科研团队以一种极具巧思的方式，提出了一个灵感源自日常生活的新思路：“像挤海绵一样按一按，让电解液自己’渗’进去。” 这一策略将传统漫长的浸润时间从数十小时缩短至 1 小时以内，为电池制造提速提供了全新的路径。
电池制造的“瓶颈”：慢得令人焦虑的浸润过程
图1 电池制造流程与“卡脖子”环节
图 1 展示了典型的锂离子电池制造流程。从浆料制备、涂布、辊压、分切，到组装、注液、化成，每一步都至关重要。电池制造流程中，虽然化成步骤更耗时，但真正拖慢生产节拍的往往是看似简单的“注液后浸润等待”。
当电解液被注入电芯后，它需要通过多孔的电极结构逐步渗透到每一层材料中。这一过程受到毛细力、表面张力、黏度、孔径分布等多种因素影响，通常需要几十个小时才能完成。如果浸润不充分，电解液无法与电极表面充分接触，会导致固态电解质界面膜（SEI）形成不均匀、内阻升高、循环寿命缩短，甚至引发局部过热和安全风险。因此，如何加快电解液在电极内部的“润湿”速度，成为制约电池产业效率的关键技术难题之一。
提速尝试：从升温到真空，效果仍不尽如人意
为了缩短浸润时间，科研界和产业界尝试了多种方法。一种常见的做法是升高温度，利用温度降低电解液黏度，从而加快其渗透速度。实验表明，将环境温度从 25°C 提高到 45°C 的确能加快电解液的渗入过程。然而，效果仍然有限：即使在 45°C 下，浸润依然需要近 30 小时才能完成。而过高的温度又会加速电解液分解，带来安全隐患。另一种思路是真空辅助浸润，通过降低气压让电解液更容易进入微孔结构。这一方法在实验中可以提升初期浸润效率，但设备成本高，且不易大规模推广。此外，研究人员还探索了通过电场（电毛细效应）、激光微通道、电解液添加剂等方式改善润湿性，然而这些方法普遍存在操作复杂、成本高或适配性差的问题。
该团队在分析这些方法的基础上，意识到要想从根本上加快浸润，就需要一种简单、物理驱动且可扩展的新方案。
图2 超声可视化揭示电解液浸润过程
灵感来自生活：从“挤海绵”到“按电池”
在日常生活中，我们都知道海绵在静置时吸水很慢，但只要轻轻挤压几下，水就能迅速被吸入并均匀分布。团队从这一现象获得灵感：能否通过周期性机械按压，让电解液像水一样被“吸入”多孔电极中？于是，他们提出了“脉冲式按压（pulsed pressing）”的策略。顾名思义，就是在浸润过程中对软包电池施加间歇性的机械压力，通过“按—松—按—松”的循环，驱动电解液在多孔结构中流动、分散与吸附。这一策略的核心在于频率与压力的调控。如果压力过大，可能会损伤电芯内部结构；如果压力过小，则难以形成明显流动。经过多次实验，团队确定了约 10 kPa 的按压力度 和 0.5 秒按压 / 0.5 秒休息 的高频模式，实现了兼顾安全性与效率的最优平衡。
图3 “海绵灵感”按压策略让浸润提速
为了直观地验证按压策略的效果，研究团队利用超声透射成像（Ultrasonic Imaging）与电化学阻抗谱（EIS）两种手段，对浸润过程进行了实时监测。超声成像就像“做B超”一样，可以直接“看到”电解液在电芯内部的渗透情况。未润湿区域显示为蓝色，润湿区域显示为绿色。实验结果表明，在高频按压模式下，仅 30分钟后大部分蓝色区域已转为绿色；60分钟时，整个电芯实现完全浸润。而对照组在常温下静置，即使经过 40小时仍未完全润湿。EIS 测试进一步验证了这一点。按压过程中，电芯的高频电阻（HFR）迅速下降并在 1 小时内趋于稳定，这表明电解液已充分填充孔隙，离子通道连续且阻抗降低。相比之下，未按压组的 HFR 下降过程持续近两天才达到相似水平。
有趣的是，研究还发现按压的频率效应十分显著。当采用低频模式（5分钟按压 / 5分钟休息）时，浸润虽然有所改善，但仍难以在短时间内完成，说明高频循环是推动液体快速渗透的关键因素。
不止快，还稳：性能丝毫不打折扣
加快浸润速度只是第一步，更关键的是这样的“机械干预”是否会损害电池性能？为了验证这一点，团队对经过按压浸润的 2 Ah LiFePO4–石墨软包电芯进行了标准化的电化学测试。结果显示，其充放电曲线与传统方法制备的电芯完全一致，放电容量约为 2 Ah，初始循环库伦效率高达 98.4%。在 200 次 1C 充放电循环后，电池容量几乎没有衰减，表现出优异的循环稳定性。这意味着，按压加速浸润不仅没有损伤内部结构，反而保持了高一致性与长寿命性能。图 4 进一步展示了在形成、除气和二次封装后的电芯超声图像，可以看到电解液分布均匀，没有出现局部干区或气泡积聚，证明了该策略的可控性与可重复性。
图4 按压加速浸润后仍保持优异电化学性能
简单、可扩展、工业友好：让“按一按”成为制造利器。与复杂的电极改性或真空系统不同，脉冲按压法不需要改变任何电池材料或结构，只需在浸润阶段增加一个可编程的机械调压装置即可。对于软包电池而言，其结构本身具有一定柔性，非常适合这种机械调制；而对于方形或圆柱电池，未来也可以通过设计外部夹具或局部弹性封装的方式加以适配。更重要的是，这种方法完全兼容现有产线，成本低、操作简便，具有极高的工业推广潜力。未来结合自动化控制与实时超声监测，甚至有望形成“浸润—检测—调压”闭环控制系统，实现真正意义上的智能化电芯制造。
该团队此前还提出了一种结合光学成像、红外热成像和X射线成像的多模态表征方法，用于系统识别石墨负极涂布层中的缺陷。该方法可实现表面与内部缺陷的协同检测与分类，为电极的缺陷筛查、质量控制及工艺优化提供了有力支撑。
图5 石墨电极缺陷的多模态检测。（a）通过光学、红外和X射线技术对制造过程中的电极进行多模态表征，（b）表面光滑均匀的石墨电极的光学表征，（c）表面光滑均匀的石墨电极的红外表征，（d）表面光滑均匀的石墨电极的X射线表征，（e）表面有裂纹石墨电极的光学表征，（f）表面有裂纹石墨电极的红外表征，（g）表面有裂纹石墨电极的X射线表征，（h）不均匀石墨电极的光学表征，（i）不均匀石墨电极的红外表征，（j）不均匀石墨电极的X射线表征。石墨电极直径为12mm。
参考文献：
1. Li, W.; Zhao, Z.; Yanyachi, A.; Kuppan, S.; Liu, Z.; Zhou, J.; Ezekoye, O.; Khani, H.; Liu, Y., Sponge-Inspired Pressing Approach to Facilitate Electrolyte Wetting in Li-Ion Pouch Cells. J. Electrochem. Soc. 2025,172 (9), 090528.
2. Li, W.; Yanyachi, A.; Sun, T.; Wu, D.; Banis, M. N.; Liu, Z.; Zhou, J.; Kuppan, S.; Ezekoye, O.; Liu, Y., Multimodal Characterization of Coating Defects in Graphite Electrodes for Lithium-Ion Batteries. J. Electrochem. Soc. 2025,172 (8), 080523.