專題 | 電池綜合性能提升背后的粘結劑因子；CMC粘結劑在電池中的應用……

時間:2020-05-12 07:47來源:中國電池聯盟 作者:綜合報道
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       縱觀我國新能源行業發展之路，國家政策從最初以保護扶持為主，到現在的鼓勵開放競爭。隨著產業鏈發展逐漸成熟，行業已脫離了相對粗放的發展產量模式，從而進入了發展質量的新階段。
 
       在此背景下，產業鏈各個環節都有降本需求，但降本終究不能只是片面的壓低價格，而應該將心思著重放在如何升效率和良品率，去除不良損失等方面，進而降低產品的綜合成本，實現有效降本。
 
       誠然，電芯前工序制作在電池電芯生產過程中，變得越來越重要。為了更好的提升電池操作人員在混料、涂布、極片制作的技術水平，加強他們在生產過程中突發工藝問題的解決能力，電池聯盟、中國綠色供應鏈聯盟電池專委會、中國電子節能技術協會電池專委會聯合電池聯盟，于5月13-15日在湖南召開鋰電池生產前工序技術暨CMC工藝培訓，會議將針對動力電池各個生產工藝工序進行系統化培訓，并在培訓過程中出具常見問題的解決方案。
 
       培訓內容包括CMC的作用與使用、CMC的制造方法、CMC級別的重要性、CMC的品質與漿料特性的關系、CMC的品質與電池品質的關系、如何挑選電池用的CMC等。
 
       培訓結業考核合格者頒發工業和信息化人才培養工程培訓基地、中國電子節能技術協會“鋰電池生產崗位操作專項技術”證書。此外，通過培訓考核的學員信息錄入到協會官方數據庫中，終生可享受免費推薦工作單位。
 
       近期，電池聯盟圍繞CMC工藝技術進行了深度梳理，以下為專題報道系列核心內容：
 
01
CMC粘結劑在電池中的應用
 
       粘結劑是鋰離子電池中重要的輔助功能材料之一，是整個電極的力學性能的主要來源，對電極的生產工藝和電池的電化學性能有著重要的影響。粘結劑本身沒有容量，在電池中所占的比重也很小。
 
       目前得到廣泛應用的鋰離子電池粘結劑主要有三大類：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡膠（SBR）乳液和羧甲基纖維素（CMC），此外，以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作為主要成分的水性粘結劑也占有一定市場。
 
       CMC產品作為水性體系負極材料的主要粘合劑，是纖維素的羧甲基化衍生物，通常由天然的纖維素和苛性堿及一氯醋酸反應后而制得，分子量由幾千到百萬，被國內外電池制造企業廣泛采用。
 
02
電池綜合性能提升背后的粘結劑因子
 
       隨著鋰離子電池產業的不斷發展，對粘結劑的性能要求也在不斷提高，新型結構的鋰離子電池需要粘結劑具有優異的力學性能。所以，鋰離子電池用新型高性能粘結劑已成為鋰離子電池關鍵材料研發的重要發展方向之一。
 
       粘結劑是鋰離子電池材料中技術含量較高的附加材料，是將電極片中活性物質和導電劑粘附在電極集流體上的高分子化合物，雖然在電極片中用量較少，但其性能的優劣直接影響電池的容量、壽命及安全性。
 
       CMC具有極高的漿料穩定性，可保證穩定加工；提高石墨與負極的粘合力，從而延長單元電池的使用壽命；低用量高效，可極大地降低單元電池的非活性成分含量。
 
       除此之外，CMC還是高容量硅負極材料的優良粘結劑，CMC中的羧基官能團與硅表面的氧化硅（SiOx）和硅醇（-Si-OH）基團產生氫鍵或共價鍵作用力，能增強硅顆粒以及硅顆粒與集流體之間的粘結。
 
 03
從CMC粘結劑到極片：電池能量密度何以提升？
 
       好的粘結劑不僅有利于電池能量密度的提高，對電池內阻也有明顯的降低作用，將對電池電化學性能提升起到重要的影響。
 
       鋰電池生產工藝復雜，可分為前、中、后三個階段。前端極片制作主要包括包括正/負極配料、涂布、輥壓、分切、制片等工序；中端電芯制作主要包括卷繞或疊片、封裝、注液等工序；后端電池組裝包括化成、分容、PACK組裝等工序。
 
       在鋰離子電池生產過程中，對電池電極結構的控制是關鍵，如何控制其電極片內部的微觀結構，是鋰離子電池生產過程的關鍵技術。采用不同結構的電極片生產的電池的自放電率、循環性、容量、一致性等都不同。在鋰電池生產前端制備電極片的過程中，必須控制好鋰離子電池漿料的混合分散質量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩定性。
 
       作為漿料中的重要組成部分，粘結劑將各種顆粒粘接在一起，形成了具有粘附性的漿料，將其與金屬箔緊密粘接在一起。活物質、導電劑、溶劑對金屬電極沒有粘附性，無法做成極片用于制備鋰電池。好的粘結劑不僅有利于電池能量密度的提高，對于電池內阻也有明顯的降低作用，對電池的電化學性能也具有重要的影響。
 
04
“技術決定論”之下，鋰電池漿料穩定性重要幾何？
 
       極片制造工藝是鋰電池生產的核心工序，而極片制造工序中，漿料制備過程又是其中的重中之重，分為正極漿料和負極漿料，主要包括干粉混合、半干泥狀捏合，以及稀釋分散。
 
       在原材料被逐漸混勻、被溶劑潤濕、大塊物料破裂和逐漸趨于穩定等階段中，會出現物料混合不勻、粘接劑溶解不良、細顆粒嚴重團聚、粘接劑性狀發生變化等情況，就會導致大顆粒的產生。解決這些問題，就需要選擇粘接劑。
 
       目前，很多企業選擇的是粉狀粘接劑和液體溶解好的粘接劑，兩種不同的粘接劑決定了工藝的不同。采用粉狀粘結劑需要更長的時間來進行溶解，否則在后期會出現溶脹、回彈、粘度變化等。
 
       電極漿料需要具有穩定且恰當的粘度，而影響漿料粘度的因素主要有攪拌漿料的轉速、時間控制、配料順序、環境溫濕度等。
 
(責任編輯：子蕊)
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