記錄一次電池負極混料異常
發布時間:2018-11-21 10:48:00
關鍵詞:動力電池 鋰電池

記錄一次電池負極混料異常


今天,分享一次在實驗室實際試驗工作中的混料異常以及最終的解決措施,以下具體問題的分析和總結不對的地方,歡迎大家批評指正,并分享思路和想法。

 

首先,簡單介紹下實驗室基本情況。本人所在實驗室使用傳統的雙行星攪拌機,有效容積為10L,漿料制備完成后,測量粘度,然后用150目篩子手動過濾漿料,使用逗號輥轉移涂布機進行涂布。

 

石墨負極漿料制備基本過程為:

(1)首先采用雙行星攪拌機將CMC高速分散溶解在去離子水中,CMC濃度約1.5%,溶解時間大概3-4h。

(2)在已經制備的膠液中加入導電劑,開啟攪拌,先慢速后高速,時間約30-60min。

(3)負極材料分兩次加入,先慢速攪拌15min,刮邊后,持續攪拌2-3h

(4)加入適量的水稀釋漿料,粘度調節到2000-5000cP。

(5)加入SBR溶液,攪拌1-2h,后慢速攪拌真空脫泡。

  

我們之前使用JSR(日本合成橡膠公司)的TRD2001型SBR粘結劑,廠家推薦應用于D50大于15um的鋰離子電池,JSR廠家說明的SBR特征為:(1)通過表面官能團的控制優化了SBR表面性能,提高了在電解液中的穩定性和在漿料中的穩定性;(2)通過復合技術,增強了活性物質與基材之間的粘結性;(3)通過良好的顆粒粒徑控制技術,增加了活性物質之間的點接觸并增強了活性物質之間的粘結性;(4)通過良好的高彈性控制技術,使SBR能夠滿足更多次充放電過程中的膨脹收縮。按照以上所述攪拌工藝制備漿料。

 

后來,更換了國內某家的SBR之后,仍舊按照該工藝進行漿料攪拌,漿料出現了問題:漿料特別容易沉降,在過濾時很快堵塞篩網,根本無法過濾,鍋底明顯存在結團硬塊,如圖1所示。第一次漿料粘度5000cP出現這種情況,后續幾次加水稀釋將漿料粘度調節至2000cP,問題仍舊存在。


記錄一次電池負極混料異常

圖1 異常漿料

 

經過系列實驗和分析,攪拌工藝調整如下:加入SBR溶液后,攪拌時間由1-2h延長至3h以上,其他條件和步驟完全沒有改變。沉降結團問題解決,正常漿料如圖2所示,此時漿料不存在結團硬塊,也能夠順利過濾。


記錄一次電池負極混料異常

圖2 正常漿料


補充知識點:

 

(1)CMC-Na是一種線性高分子離子型纖維素醚,全名叫羧甲基纖維素鈉,在CMC分子上既含有未經過羧基改性的疏水主鏈,又含有經過羧基改性的親水主鏈,在一定濃度的水性石墨負極漿料中,CMC中疏水性的主鏈通過吸附包覆在石墨、導電劑等表面疏水性的顆粒表面,吸附的CMC分子之間的相互斥力使石墨顆粒分散均勻;同時親水性又能使其懸浮在水溶液中,起到分散和穩定作用。CMC產品水溶液的溶解性、黏度及與石墨的親和性受其分子量、取代度濃度及pH等參數影響。其中分子量和取代度等結構參數決定了石墨顆粒表面上CMC的吸附量。分子量較大、取代度較高的CMC具有較高的黏度和好的溶解性,更容易吸附和完全包覆在石墨顆粒表面,從而使負極漿料具有較好的穩定性和涂布特性。

 

(2)SBR是一種丁苯膠乳,水性粘結劑,SBR是一種是一個親水性和親油性共存的物質。水性基團與箔材表面基團結合形成粘結力,有利于分散性和漿料穩定性;油性鏈段與負極石墨相結合形成粘結力,從而達到粘結的效果

 

(3)目前,在商業化的鋰離子電池生產中,負極普遍使用羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)等水溶性黏結劑。sbr沒有分散功能,單獨使用sbr作為粘接劑,因為很難制備漿料,同時太多的sbr也會使得極片在電解液中溶脹。使用CMC的一個作用就是作為分散劑,分散石墨和導電添加劑。CMC在水中會形成凝膠,使得漿料變稠,既能保水份又能穩定漿料;CMC粘結性差,并且是剛性材料,單獨使用時輥壓后特別容易斷裂掉粉。而引入SBR,其本身是柔性材料,具有較好的粘接性能,高壓實下極片更不容易掉粉,極片粘接強度也高。


稿件來源: 鋰想生活
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