粘合剂是锂电池浆料中的重要成分,它将各种颗粒粘合在一起,形成粘合剂浆料,与金属箔紧密粘合。
除了保持电极的结构、机械和电气完整性之外,它还在形成稳定的SEI层方面发挥着重要作用。本文将介绍锂电池胶粘剂的常见问题及相应的解决方案。
如果浆液沉淀怎么办?
理由:
所选的 CMC 类型不合适。CMC的取代度和分子量都会在一定程度上影响浆料的稳定性。例如,取代度低的CMC亲水性差,对石墨润湿性好,但浆料的悬浮能力差。
CMC用量少,不能有效悬浮浆料。
捏合过程中参与捏合的CMC用量过多,导致游离在颗粒之间、起悬浮液作用的CMC量不足,往往导致浆料稳定性差。
较高的机械力和浆料酸碱度的波动可能会导致SBR破乳,从而使浆料沉降。
解决方案:
替代或搭配高取代度、大分子量的CMC,如量产配方中WSC与CMC2200的组合。WSC本身分子量低、取代度低,对石墨润湿性好,悬浮能力弱。搭配CMC2200后,浆料的稳定性得到了很大的提高。
增加CMC的用量是提高浆料稳定性最有效的手段之一,但需要在电池的工艺能力和低温性能之间找到平衡。
减少捏合时CMC的用量,增加游离CMC的含量,可以在一定程度上提高浆料的稳定性。
SBR加入浆料体系后,应降低旋转的搅拌速度。
过滤时孔被堵塞怎么办?
理由:
润湿性差,活性物质不分散。
SBR因破乳而无法过滤。
解决方案:
采用揉捏工艺。
SBR加入浆料体系后,应降低搅拌转速,防止破乳的发生。
如果浆液凝胶怎么办?
原因:凝胶的生产主要有两种,一种是物理凝胶,一种是化学凝胶。
物理凝胶:
正极活性物质、SP、溶剂NMP吸收了水分,或者环境中的含水量超标,容易形成物理凝胶。这是因为 PVDF 的聚合物链包裹在颗粒周围。
当浆料含量超标时,聚合物链的运动受到阻碍,聚合物链相互缠结,使浆料的流动性降低,引起凝胶化。
化学凝胶:
在制备高镍或高碱性活性材料过程中或在静态过程中,容易发生化学凝胶化。这是因为PVDF处于基体的高pH环境中(如下图所示),聚合物的主链很容易脱去HF形成双键。
同时,浆料中的水分或溶剂中的胺攻击双键形成交联。严重的冲击会降低生产能力并降低电池性能。一般情况下,随着活性物质碱度的增加,浆料凝胶化会更加严重。
解决方案:
物理凝胶:可以通过严格控制原料和环境的水分,以及浆料储存时以适当的速度搅拌来控制。
化学凝胶:可通过以下方法控制:
活性材料和导电碳在分散前需要烘烤,以除去吸附的水分;提高NMP的纯度。
均质过程中严格控制环境湿度。
进料还原NCM颗粒表面的游离Li,从而降低NCM材料的碱度。
开发Anti-gel PVDF,开发思路如下图所示,接枝其他基团取代单元基团-CH2-CF2-中的H/F,抑制聚合物中持续脱HF反应,减少交联位点的比例。目前使用的接枝基团或改性基团大多为乙烯基醚、六氟丙烯、四氟乙烯等单体。
开发非PVDF正极粘合剂,因为上述电池溶液不能完全抑制PVDF脱HF反应。如果开发高碱性正极材料(高镍材料,NCA)或添加功能添加剂(Li2CO3,碱性),仍然存在浆料胶凝的风险,因此目前正在开发非PVDF基正极粘合剂,以彻底解决这一问题问题。