韓國首爾大學的SangGun Lee和Dong Hyup Jeon教授就利用多相網格玻爾茲曼方法（LBM）對電解液在電極中的擴散的動力學特性進行過相應研究，結果表明過度提高電極的壓實密度會導致電極的浸潤性顯著下降，特別是達到某一限度時，電解液在垂直電極方向上的浸潤下降非常明顯，注入的電解液主要聚集到電極表面和隔膜上。負極材料由于碾壓過程中顆粒變形較大，因此相比于正極在相同的碾壓比例下負極的浸潤性更差。

LBM來源于對理想氣體的研究，LBM模型中的顆粒采用分布函數模擬：

其中：f表示在位置x和時間t的位置發(fā)現顆粒的可能性

常用的正極材料例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、Li(NiCoMn)O₂和LiFePO₄等硬度比較高，因此在壓實過程中塑性變形不明顯，更多的是發(fā)生了顆粒的重新排布。但是對于石墨負極來說，石墨的顆粒相對比較軟，因此在碾壓過程中會發(fā)生塑性變形。如壓實后的電極SEM照片所示（見下圖）。a圖中正極材料經過碾壓后仍然保持原來的球型形貌，而負極材料的顆粒發(fā)生了明顯的形變，因此負極碾壓需要考慮石墨材料在碾壓過程中發(fā)生的形變。

如果假設活性物質顆粒在壓實過程中不會被破壞，只是影響顆粒之間的空隙大小。根據上述假設Dong Hyup Jeon教授驗證了正極和負極材料在0%、10%、20%、30%和40% 五種不同壓實比例下的電極結構（如下圖所示），在壓實過程中活性物質顆粒的體積是保持不變的，但是電極之間的空隙體積會持續(xù)的降低。在壓實過程中正極活性物質顆粒形貌無明顯改變，而石墨負極在碾壓過程中碾壓比例較高時活性物質顆粒從球形轉變?yōu)闄E圓形。

上圖為正極極片、下圖為負極極片

在不同的碾壓比例下正極和負極孔隙率的變化如下圖所示，正極和負極電極在未碾壓是孔隙率約為40%，當壓實密度提高時，電極密度下降很快，當電極的碾壓厚度達到40%以后，電極的孔隙率就可以認為不存在了。但是LBM模型預測值卻要明顯高于0，這主要是因為LBM模型是一個二維模型，在二維模型中，活性物質顆粒之間會發(fā)生重疊，這也是該模型失真的地方。由于碾壓后正極材料無明顯變形，負極則發(fā)生了塑性形變，所以在相同的壓實密度下正極的孔隙率要高于負極。

電解液在電極的浸潤過程過程可以分為:

1、首先電解液開始進入電極

2、電解液沿著電極和隔膜進行擴散

3、電解液沿隔膜擴散速度較快，電解液再從隔膜向電極內部進行擴散

采用LBM模型可以模擬不同壓實比例的正極電極的電解液浸潤特性，在下圖中，藍色表示電解液，淺灰色表示電極內部的間隙。a圖中沒有碾壓的正極材料中電解液擴散到了大部分間隙位置，僅有電極中間部分和尾部留有少量的空白。而當電極壓實密度10%后，從隔膜的擴散的電解液沒有擴散到達正極的底部。隨著壓實密度的繼續(xù)提高，正極中的藍色區(qū)域越來越少，表明電解液在電極中的擴散也越來越困難。

對于正極電極在面垂直方向上，電極中的電解液隨著距離電極表面的距離增加出現明顯的降低。其中沒有碾壓的電極減少趨勢較慢，電極表面電解液的浸潤情況良好。當壓實密度的提高時，電解液飽和度下降非常明顯，說明壓實密度對于電解液的浸潤性有較大影響。

對于負極電極，可以從圖中看出沒有碾壓的負極浸潤較好，電解液從隔膜擴散到電極的底部。但是當進行碾壓后，電極的浸潤能力就出現明顯的降低。因為碾壓后出現塑性變形的石墨顆粒出現了大量的盲孔，影響了電解液在電極內的擴散。

對比相同的碾壓比例下正極和負極電解液飽和度，可以看出負極電解液在擴散更加困難，這和前面的分析的結果時一致的。

參考文獻：

Effect of electrode compression on the wettability of lithium-ion batteries

DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.04.127