登录 注册 找回密码?
当前位置: 电池联盟网 > 原创 >

【视野】CMC粘结剂在电池中的应用

时间:2020-04-03 08:06来源:中国电池联盟 作者:子蕊
点击: 次
       粘结剂是锂离子电池中重要的辅助功能材料之一，是整个电极的力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要的影响。粘结剂本身没有容量，在电池中所占的比重也很小。
 
       除了一般的粘结剂所具有的黏接性能之外，锂离子电池电极粘结剂材料还需要能够耐受电解液的溶胀和腐蚀，以及承受充放电过程当中的电化学腐蚀作用，在电极的工作电压范围内保持稳定，因此，可以用作锂离子电池电极粘结剂的聚合物材料并不多。
 
       目前得到广泛应用的锂离子电池粘结剂主要有三大类：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）乳液和羧甲基纤维素（CMC），此外，以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作为主要成分的水性粘结剂也占有一定市场。
 
       电池级CMC四大特点
 
       由于羧甲基纤维素酸式结构的水溶性不好，为了能够更好地对其进行应用，在电池生产中，CMC是使用非常广泛的材料。
 
       CMC产品作为水性体系负极材料的主要粘合剂，被国内外电池制造企业广泛采用，最佳量的粘合剂可以获得比较大的电池容量、较多的循环寿命和比较低的内阻。
 
       CMC的四大特点有：
 
       第一，CMC可以使产品的亲水性和溶解性好，完全溶于水，没有游离纤维和杂质。
       第二，取代度均匀且粘度稳定，可以提供稳定的粘度和附着力。
       第三，制作出高纯度产品，并且是属于低金属离子含量。
       第四，产品与SBR胶乳和其他材料配合使用具有良好的相容性。
 
       电池使用的CMC羧甲基纤维素钠，将它所具有的使用效果有了质一样的提升，而且同时也为它提供了良好的使用性能，有了现在的使用效果。
 
       CMC在电池中的作用
 
       CMC是纤维素的羧甲基化衍生物，通常由天然的纤维素和苛性碱及一氯醋酸反应后而制得，分子量由几千到百万。
 
       CMC为白色至淡黄色粉末、粒状或纤维状物质，吸湿性强，易溶于水，在中性或碱性时，溶液呈高粘度液。80℃以上长时间加热，粘性降低，在水中不溶。加热至190～205℃时呈褐色，至235～248℃时炭化。
 
       因为CMC在水溶液中有增稠、粘结、保水、乳化及悬浮作用，因此广泛应用于陶瓷、食品、化妆品、印染、造纸、纺织、涂料、粘结剂和医药等领域，高端陶瓷和锂电池领域约占7%左右，俗称“工业味精”。
 
       具体到电池中，CMC的作用有：对负极活性材料及导电剂起到分散作用；对负极浆料起到增稠及防沉降作用；辅助粘结作用；稳定电极的加工性能，辅助改善电池循环性能；提高极片的剥离强度等。
 
       CMC的性能与挑选
 
       在制作电极浆料的时候加入CMC，能提高浆料粘度和防止浆料沉淀。CMC在水溶液中会分解出钠离子和阴离子，CMC胶液粘度会随着温度的升高而降低，容易吸潮，弹性较差。
 
       CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。随着CMC量增加，其分解产物将附着在石墨颗粒表面，石墨颗粒之间由于静电作用力而相互排斥，达到很好分散效果。
 
       CMC的明显缺点是比较脆，如果全部选用CMC作为粘结剂，极片在压片、分切过程中石墨负极出现坍塌会出现严重的掉粉情况。同时，CMC受电极材料配比、pH值的影响较大，充放电时极片可能会龟裂，直接影响电池的安全性。
 
       最初，负极搅拌使用的粘结剂是PVDF等油系粘结剂，但考虑到环保等因素，现在负极选用水系粘结剂已成为主流。
 
       完美的粘结剂并不存在，要尽量挑选符合物理加工及电化学要求的粘结剂。随着锂电技术的发展，以及成本及环保问题，水性粘结剂将会最终替代油性粘结剂。
 
       CMC两大制造工艺
 
       按醚化介质的不同，CMC的工业生产可分为水媒法和溶媒法两大类。以水作为反应介质的方法叫做水媒法，用于生产碱性中低档CMC。以有机溶剂作为反应介质的方法，叫做溶媒法，适用于生产中高档CMC。这两种反应都是在捏合机中进行的，属于捏合法工艺，是目前生产CMC的主要方法。
 
      【水媒法】一种较早的工业生产工艺，该方法是将碱纤维素与醚化剂在游离碱和水的条件下进行反应，用于制备中低档CMC产品，如洗涤剂、纺织上浆剂等。水媒法的优点是对设备要求较简单，成本低；缺点是因为缺乏大量液体介质，反应产生的热量使温度升高，加快了副反应的速度，导致醚化效率低，产品质量差等。
 
      【溶媒法】又称有机溶剂法，按反应稀释剂用量的多少分为捏合法和淤浆法，其主要特点是碱化和醚化反应是在有机溶剂做反应介质（稀释剂）的条件下进行的。和水媒法的反应过程一样，溶媒法也由碱化和醚化两个阶段组成，只是这两个阶段的反应介质不同。溶媒法的优点是省去了水媒法所固有的浸碱、压榨、粉碎、老化等工序，碱化、醚化均在捏和机中进行；缺点是温度可控性相对较差，空间要求、成本较高。
 
       首批超纯CMC交付
 
       近日，诺力昂开始交付首批AkuPure™（一种专门针对锂电池的CMC）。AkuPure满足锂电池对原材料的超高纯度要求（大于99.5％），可用于改善电池负极涂层生产工艺，通过更有效地保持和输送电能来提高电池效率。
 
       诺力昂产品总监Geert-Jan Beijering指出：“锂电池市场的客户需要超纯CMC，CMC中的杂质会影响电池本身的性能以及生产效率，AkuPure所具备的一些特性对电池生产过程至关重要，例如溶解速度快、不溶物含量低。对该领域的客户来说，最重要的是能够在各种温度条件下频繁充放电而不损失性能。”
 
       据悉，诺力昂首批交付的AkuPure产品针对中国客户量身定制并陆续供应中国市场。
 
       当前，动力电池产业链各个环节都有降本需求，要实现有效降本，电芯前工序制作在锂电池电芯生产过程中越来越重要。 
 
       为了更好的提升锂离子电池操作人员在混料、涂布、极片制作的技术水平，加强他们在生产过程中突发工艺问题的解决能力，电池联盟、中国绿色供应链联盟电池专委会、中国电子节能技术协会电池专业委员会联合北京绿色智汇能源技术研究院于5月13-15日，召开“锂离子电池前工序技术暨CMC工艺培训”。(详情请关注电池联盟官方网站及微信公众号）
 
       培训内容包括CMC的作用与使用、CMC的制造方法、CMC级别的重要性、CMC的品质与浆料特性的关系、CMC的品质与电池品质的关系、如何挑选电池用的CMC等。
 
       培训结业考核合格者颁发工业和信息化人才培养工程培训基地、中国电子节能技术协会“锂电池生产岗位操作专项技术”证书。此外，通过培训考核的学员信息录入到协会官方数据库中，终生可享受免费推荐工作单位。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 电池 粘结剂 CMC
作者：子蕊 ，如若转载，请注明出处：http://www.cbcu.com.cn/yuanchuang/2020040332828.html
看完这篇还不够？如果你也也是同行业需要发布您的新闻报道，请 戳这里 告诉我们！
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与中国电池联盟无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容。
凡本网注明 “来源：XXX（非中国电池联盟）”的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的，请在一周内进行，以便我们及时处理。
QQ：503204601
邮箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜欢
专题
更多

中国电池工程师年会(2021CSBE)

电池制造工程师培训暨 国家电池行业职业等级评价（高级）班

相关新闻
本月热点
欢迎投稿
联系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
发送邮件时用@替换#
电话：010-53100736
在线投稿
©2017 版权所有 电池联盟
华杰永泰科技（北京）有限公司 承办 Power by DedeCms
价值成就行业品牌！竭诚为您提供最新最热的资讯
京ICP备09081210号
企业微信号
微信公众号