總結(jié)|粘結(jié)劑應(yīng)用常見問題及解決思路

原因：

1)?選用的 CMC 種類不適用，CMC 的取代度和分子量會一定程度的影響漿料穩(wěn)定性，例如取代度低的 CMC 親水性差，對石墨的潤濕性好，但漿料的懸浮能力差；

2) CMC 用量少，不能有效的懸浮住漿料；

3)?捏合過程參與捏合的 CMC 用量太多，導(dǎo)致游離在顆粒之間、起懸浮作用的 CMC用量不足，往往會導(dǎo)致漿料穩(wěn)定性不好；

4)?高的機械作用力、漿料的酸堿性波動都可能會導(dǎo)致 SBR 的破乳，從而使得漿料沉降；

解決思路：

1)?換用或者搭配取代度高、分子量大的 CMC，例如量產(chǎn)配方中 WSC 與 CMC2200的搭配使用，WSC 本身分子量低、取代度低，對石墨的潤濕好、懸浮能力弱，搭配 CMC2200之后，漿料的穩(wěn)定性得到了大幅的提升；

2)?增加 CMC 的用量是提升漿料穩(wěn)定性的最有效的手段之一，但要找到工序能力和電池的低溫性能的平衡點；

3)?減少捏合的 CMC 用量，提高游離 CMC 的含量，可以一定程度的提升漿料穩(wěn)定性；

4) SBR?加入漿料體系之后，要把自轉(zhuǎn)的攪拌速度降低；

原因：

1)?活性物質(zhì)潤濕差，沒有分散；

2) SBR 破乳導(dǎo)致的不能過濾；

解決思路：

1)?采用捏合工藝;

2) SBR 加入漿料體系之后，要把自轉(zhuǎn)的攪拌速度降低，防止破乳的發(fā)生；

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原因：凝膠產(chǎn)生主要分為兩種，一種是物理凝膠，另一種是化學(xué)凝膠。

1）物理凝膠：陰極活性材料、SP、溶劑 NMP 已吸水，或環(huán)境中的水含量超標(biāo)，容易形成物理凝膠。這是因為在顆粒的周圍包裹有 PVDF 的高分子鏈，當(dāng)漿料中分含量超標(biāo)時，高分子鏈運動受阻，高分子鏈之間相互纏結(jié)，降低了漿料的流動性，出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。
2）化學(xué)凝膠：在制備高鎳或高堿性活性材料的過程或靜止過程中，容易產(chǎn)生化學(xué)凝膠現(xiàn)象。這是因為 PVDF 在堿基的高 pH 環(huán)境，高分子主鏈容易脫 HF 生成雙鍵，同時漿料中存在的水分或者溶劑中的胺進攻雙鍵，形成交聯(lián)，從而嚴(yán)重影響降低了生產(chǎn)能力，惡化電池性能。一般隨著活性材料堿性的增大，漿料凝膠現(xiàn)象越嚴(yán)重。

解決思路：

1）物理凝膠：可通過嚴(yán)格控制原料和環(huán)境中的水分，漿料存儲時采用適當(dāng)速度攪拌加以控制。2）化學(xué)凝膠：可通過一下方法加以控制：1． 活性物質(zhì)及導(dǎo)電碳分散前需烘烤，除去所吸附的水分；提高 NMP 純度；2． 在勻漿過程中嚴(yán)格控制環(huán)境水分；3． 來料降低 NCM 顆粒表面游離 Li，以便降低 NCM 材料的堿性；4． 開發(fā) Anti-gel PVDF，接枝其他基團取代單元基團- CH2-CF2-?中 H/F，抑制聚合物中連續(xù)的脫 HF 反應(yīng)，減少交聯(lián)位點的比例。目前采用的接枝基團或改性基團多為乙烯基醚、六氟丙烯、四氟乙烯等單體。5． 開發(fā)非 PVDF 類陰極粘合劑，因為上述解決方法并不能被完全抑制 PVDF 脫 HF反應(yīng)，如果開發(fā)高堿性陰極材料(高鎳材料，NCA)或者添加功能性添加劑(Li2CO3，呈堿性)，還是會有漿料凝膠的風(fēng)險，因此目前正在開發(fā)非 PVDF 類陰極粘合劑，以徹底解決這一問題。

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原因：

1)?粘合劑本身玻璃化溫度較高，導(dǎo)致成膜溫度高于涂布溫度，成膜過程困難，導(dǎo)致表現(xiàn)出極片開裂的現(xiàn)象；

2)?另一種情況存在于水溶性粘合劑中，固化成膜時，粘合劑失水收縮嚴(yán)重，導(dǎo)致整個極片開裂，如水性 PAA 體系；
實例：聚丙烯酸類高分子是硬質(zhì)的，可繞性差，在電極制作過程中，會出現(xiàn)大面積的極片蜷曲、開裂，以至于在涂布、卷繞中，生產(chǎn)優(yōu)率非常低；PAA 電極在加工過程中發(fā)生卷曲、開裂

解決思路：

1)?如果是因為粘合劑本身成膜溫度過高造成的涂布外觀差，可以換用其他成膜溫度低的粘合劑；2)?對于水性的 PAA 體系，我們采用的是加入 EC 增塑的辦法，對改善極片開裂有明顯的幫助：卷針法測試電極片柔韌性

原因：當(dāng)聚合物交聯(lián)度較低時，粘結(jié)劑的耐電解液性能會較差

解決思路：通過增加聚合物鏈段間交聯(lián)點，從而提高粘結(jié)劑耐電解液浸泡能力
實例：JZ-1 粘結(jié)劑在涂布冷壓過程中沒有發(fā)現(xiàn)脫膜掉粉等現(xiàn)象，但是在滿充后陽極單面區(qū)脫膜較嚴(yán)重。
通過增加聚合物交聯(lián)度，開發(fā)了 JZ-1B 粘結(jié)劑，從而減少聚合物在電解液中的溶脹，在電池樣品中驗證后發(fā)現(xiàn)，極片頭部脫膜的現(xiàn)象得到了極大改善。

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原因：當(dāng)聚合物分子中有較多極性官能團時，聚合物較容易吸收水分，水分在高溫存儲中會與鋰離子發(fā)生反應(yīng)，生成氫氣。

解決思路：通過控制電芯中水分，或高溫高 SOC 化成工藝。
實例：SD-3 在 85℃存儲時電芯容易產(chǎn)氣，導(dǎo)致電池膨脹較大。通過將電芯水分控制在100ppm 以下，和高 SOC 化成，高溫存儲問題得到了明顯的改善。

原因：

1）粘結(jié)劑在高溫下溶脹過大，導(dǎo)致顆粒間連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被破壞；

2）粘結(jié)劑在高溫下穩(wěn)定性較差，易溶出或與 Li 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

3）經(jīng)電解液高溫浸泡后，粘結(jié)劑的強度降低，無法有效抑制活性材料在循環(huán)過程中的粉化破裂；

解決思路：

1）選用或搭配使用 Tg 較高的粘結(jié)劑，適當(dāng)降低其與電解液的親和性，減少其在高溫下的溶脹破壞。2）對于循環(huán)膨脹較大的硅陽極負(fù)極材料，可選用高模量 binder，如 PA/PI/PAI 類，有效抑制或減少硅顆粒在循環(huán)過程中的破裂、粉化。

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原因：當(dāng)聚合物較硬時，會造成極片內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力較大，在充放電過程中由于內(nèi)應(yīng)力的釋放，從而導(dǎo)致極片扭曲變形，最終導(dǎo)致電池變形。

解決思路：添加增塑劑，減少極片內(nèi)應(yīng)力。
實例：BI-4 粘結(jié)劑在 CE 中應(yīng)用時，表現(xiàn)出優(yōu)異的動力學(xué)性能，但是電池變形較嚴(yán)重。為改善電池變形的現(xiàn)象，在漿料攪拌時加入 2wt%的 EC 添加劑，EC 是小分子增塑劑，在極片干燥過程中可以完全揮發(fā)，因此對電芯電性能沒有明顯影響，極大改善了電芯變形的問題。

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