La función del electrolito de la batería de litio es facilitar la conducción de iones entre los electrodos positivo y negativo, sirviendo como medio para la carga y descarga, al igual que la sangre en el cuerpo humano. Garantizar que el electrolito penetre completa y uniformemente en el interior de la batería de litio es un desafío crítico. Por lo tanto, el proceso de inyección es un paso crucial que afecta directamente al rendimiento de la batería.
El proceso de inyección consiste en inyectar electrolito cuantitativamente en la celda de la batería después del montaje. El proceso se puede dividir en dos pasos: el primer paso es inyectar el electrolito en el interior de la celda, y el segundo paso es garantizar que el electrolito inyectado penetre completamente en las láminas de electrodos y el separador dentro de la celda. La duración del proceso de remojo puede afectar el costo de producción de las baterías de iones de litio. Durante este proceso, la inyección excesiva de electrolito puede causar hinchazón de la celda, lo que resulta en un grosor desigual de la batería. InsuficienteInyección de electrolitospuede reducir la capacidad de la batería y el ciclo de vida. La inyección de electrolito no uniforme puede dar lugar a una capacidad de la batería y un rendimiento de ciclo inconsistentes.

Como se muestra en la Figura 1, durante el proceso de ensamblaje de baterías comerciales, el electrolito se inyecta en la cámara sellada a través de una bomba dosificadora. La batería se coloca en la cámara de inyección y, a continuación, una bomba de vacío crea un entorno de vacío dentro de la batería. La boquilla de inyección se inserta en el puerto de inyección de la batería, se abre la válvula de inyección de electrolito y se usa gas nitrógeno simultáneamente para presurizar la cámara de electrolito a 0.2-1.0 MPa. La presión se mantiene durante un cierto período y luego la cámara de inyección se ventila a la presión atmosférica. Finalmente, la batería se deja reposar durante mucho tiempo (12-36 horas), permitiendo que el electrolito se infiltre completamente en los materiales positivos y negativos y en el separador. Una vez completada la inyección, la batería se sella. En teoría, se espera que el electrolito penetre desde la parte superior de la batería hacia el separador y los electrodos. Sin embargo, en realidad, una gran cantidad de electrolito fluye hacia abajo y se acumula en la parte inferior de la batería, y luego penetra en los poros del separador y los electrodos a través de la presión capilar, como se muestra en la Figura 2.
Por lo general, los separadores están hechos de materiales hidrofílicos porosos con una porosidad relativamente alta, mientras que los electrodos están compuestos por medios porosos que consisten en varias partículas. En general, se cree que el electrolito penetra en el separador a un ritmo más rápido en comparación con los electrodos. Por lo tanto, el proceso de flujo del electrolito primero debe penetrar en el separador y luego penetrar en los electrodos, como se muestra en la Figura 2.

Entre las partículas grandes de los materiales activos en el electrodo, se forman poros más grandes, y estos poros están interconectados a través de canales estrechos entre dos partículas paralelas. El electrolito primero se acumula dentro de estos poros y luego se difunde a las gargantas cercanas. Por lo tanto, la tasa de humectación del electrolito está controlada principalmente por las gargantas y los volúmenes de poros que conectan los poros interconectados. Como se muestra en la Figura 3, los poros del α están compuestos por cuatro partículas y están interconectados con los poros circundantes a través de cuatro gargantas, mientras que los poros del β están compuestos por tres partículas y están interconectados con los poros circundantes a través de tres gargantas.

Como se muestra en la Figura 4, el mecanismo de difusión del electrolito dentro de los poros del electrodo se puede considerar como la interacción entre tres fuerzas: la presión del flujo de electrolito (Fl), la fuerza capilar generada por la tensión superficial (Fs) y la resistencia del aire atrapado dentro de los poros (Fg). Durante el proceso de inyección, la creación de un vacío dentro de la batería reduce la resistencia causada por el aire atrapado, mientras que la presurización del electrolito mejora la fuerza motriz para el flujo de líquido. Por lo tanto, la combinación de vacío e inyección a presión es beneficiosa para la infiltración del electrolito.

El movimiento capilar del electrolito se puede describir mediante la ecuación de Washburn.

La variable "h" representa la altura de penetración del líquido en el tiempo "t", "r" denota el radio del capilar, "γlv" representa la tensión superficial líquido-gas, "θ" representa el ángulo de contacto, "Δρ" representa la diferencia de densidad y "η" representa la viscosidad. A partir de esto, se puede ver que la viscosidad del electrolito, así como las características del ángulo de contacto de humectación y la tensión superficial del electrodo, tienen un impacto en el proceso de infiltración.
La infiltración de electrolitos se refiere al proceso de desplazar el aire dentro de los poros del electrodo. Debido a la distribución aleatoria de los tamaños y formas de los poros dentro de la estructura porosa, pueden ocurrir diferentes tasas de infiltración de electrolitos, lo que lleva a la acumulación de aire cerca del colector de corriente, rodeado de electrolito de los alrededores y atrapado dentro del electrodo. El nivel de saturación de la infiltración de electrolitos es siempre inferior a 1. Si bien casi todos los vacíos grandes están llenos de electrolito, todavía hay numerosos vacíos pequeños presentes. Estos pequeños vacíos representan el aire residual atrapado por partículas sólidas. Por lo tanto, la clave para mejorar el nivel de infiltración es minimizar dicho aire residual tanto como sea posible.
En resumen, el proceso de inyección afecta directamente al rendimiento de las baterías de iones de litio. Mediante el uso de equipos de inyección para inyectar con precisión una cantidad predeterminada de electrolito en la celda de la batería, se puede abordar de manera efectiva el desafío técnico de la inyección desigual. Por lo tanto, el equipo de inyección puede considerarse un factor clave para lograr un efecto de inyección adecuado durante el proceso de inyección.