技術丨粘結劑（PVDF、SBR、CMC、PAA等）應用常見問題及解決思路

鋰電聯盟會長 2023-08-05 11:18

30+硬核演講，洞見EDA與CAE前沿｜KDES上海 測試中斷？接觸漂移？5 道題找到根因

點擊左上角“鋰電聯盟會長”，即可關注！

? ? ? ? ? 漿料沉降怎么辦？? ? ? ? ? ? ?

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，導致游離在顆粒之間、起懸浮作用的 CMC用量不足，往往會導致漿料穩定性不好；

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，漿料的穩定性得到了大幅的提升；

2) 增加 CMC 的用量是提升漿料穩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定性；

4) SBR 加入漿料體系之后，要把自轉的攪拌速度降低；

過濾時堵孔，無法過濾怎么辦？? ?

原因：

1) 活性物質潤濕差，沒有分散；

2) SBR 破乳導致的不能過濾；

解決思路：

1) 采用捏合工藝;

2) SBR 加入漿料體系之后，要把自轉的攪拌速度降低，防止破乳的發生；

? ? ? 漿料出現凝膠怎么辦？? ? ??? ??

原因：

凝膠產生主要分為兩種，一種是物理凝膠，另一種是化學凝膠。

1）物理凝膠：陰極活性材料、SP、溶劑 NMP 已吸水，或環境中的水含量超標，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，當漿料中分含量超標時，高分子鏈運動受阻，高分子鏈之間相互纏結，降低了漿料的流動性，出現凝膠現象。

2）化學凝膠：在制備高鎳或高堿性活性材料的過程或靜止過程中，容易產生化學凝膠現象。這是因為 PVDF 在堿基的高 pH 環境（如下圖所示），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，從而嚴重影響降低了生產能力，惡化電池性能。一般隨著活性材料堿性的增大，漿料凝膠現象越嚴重。

解決思路：

1）物理凝膠：可通過嚴格控制原料和環境中的水分，漿料存儲時采用適當速度攪拌加以控制。

2）化學凝膠：可通過一下方法加以控制：

1．活性物質及導電碳分散前需烘烤，除去所吸附的水分；提高 NMP 純度；

2．在勻漿過程中嚴格控制環境水分；

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 Anti-gel PVDF，開發思路如下圖，接枝其他基團取代單元基團- CH2-CF2- 中 H/F，抑制聚合物中連續的脫 HF 反應，減少交聯位點的比例。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，如果開發高堿性陰極材料(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險，因此目前正在開發非 PVDF 類陰極粘合劑，以徹底解決這一問題。

? ? ?涂布極片外觀差怎么辦？? ? ?? ?

原因：

1) 粘合劑本身玻璃化溫度較高，導致成膜溫度高于涂布溫度，成膜過程困難，導致表現出極片開裂的現象；

2) 另一種情況存在于水溶性粘合劑中，固化成膜時，粘合劑失水收縮嚴重，導致整個極片開裂，如水性 PAA 體系；

實例：

聚丙烯酸類高分子是硬質的，可繞性差，在電極制作過程中，會出現大面積的極片蜷曲、開裂，以至于在涂布、卷繞中，生產優率非常低；

PAA 電極在加工過程中發生卷曲、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

? ?涂布極片外觀差怎么辦？? ??? ? ?

原因：

1) CMC 中有不溶纖維，涂布時會出現顆粒狀氣泡；

2) SBR 中乳化劑太多，乳化劑實際上相當于表面活性劑的作用，它平衡了氣泡的表面張力，使得氣泡無法去除；

乳化劑使得起泡穩定

解決思路：

1) 選用不溶物少的 CMC，如 EV 量產配方中 MAC500 替代 CMC2200；

2) 減少 SBR 乳化劑用量

?極片粘結力太差脫碳怎么辦？? ? ?

原因：

當聚合物交聯度較低時，粘結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點，從而提高粘結劑耐電解液浸泡能力

實例：

JZ-1 粘結劑在涂布冷壓過程中沒有發現脫膜掉粉等現象，但是在滿充后陽極單面區脫膜較嚴重，如圖所示。

通過增加聚合物交聯度，開發了 JZ-1B 粘結劑，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現，極片頭部脫膜的現象得到了極大改善。

? ? ??電池高溫脹氣怎么辦？???? ? ??

原因：

當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生反應，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℃存儲時電芯容易產氣，導致電池膨脹較大。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。

?電池高溫循環衰減過快怎么辦？??

原因：

1）粘結劑在高溫下溶脹過大，導致顆粒間連續的導電網絡被破壞；

2）粘結劑在高溫下穩定性較差，易溶出或與 Li 發生化學反應；

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

解決思路：

1）選用或搭配使用 Tg 較高的粘結劑，適當降低其與電解液的親和性，減少其在高溫下的溶脹破壞。

2）對于循環膨脹較大的硅陽極負極材料，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過程中的破裂、粉化。

?? ? 電池容易變形怎么辦？? ?? ? ? ?

原因：

當聚合物較硬時，會造成極片內部內應力較大，在充放電過程中由于內應力的釋放，從而導致極片扭曲變形，最終導致電池變形。

解決思路：

添加增塑劑，減少極片內應力。

實例：

BI-4 粘結劑在 CE 中應用時，表現出優異的動力學性能，但是電池變形較嚴重。為改善電池變形的現象，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，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。

鋰電聯盟會長向各大團隊誠心約稿，課題組最新成果、方向總結、推廣等皆可投稿，請聯系：郵箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。

相關閱讀：

鋰離子電池制備材料/壓力測試！

鋰電池自放電測量方法：靜態與動態測量法！

軟包電池關鍵工藝問題！

一文搞懂鋰離子電池K值！

工藝，研發，機理和專利！軟包電池方向重磅匯總資料分享！

揭秘寧德時代CATL超級工廠！

搞懂鋰電池阻抗譜(EIS)不容易,這篇綜述值得一看！

鋰離子電池生產中各種問題匯編！

鋰電池循環壽命研究匯總（附60份精品資料免費下載）

登錄閱讀全文



免責聲明：該內容由專欄作者授權發布或作者轉載，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點，本站亦不保證或承諾內容真實性等。若內容或圖片侵犯您的權益，請及時聯系本站刪除。侵權投訴聯系：? nick.zong@aspencore.com！

鋰電聯盟會長研發材料，應用科技

進入專欄

評論

鋰電聯盟會長研發材料，應用科技

文章：4867篇粉絲：150人

 私信

技術丨粘結劑（PVDF、SBR、CMC、PAA等）應用常見問題及解決思路

原因：

原因：

最近文章

熱門文章

推薦

最新資訊