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解码5大锂电池粘结剂本能

  好的粘结剂,不但有利于电池能量密度的降低,对待电池内阻也有彰彰的下降效率,对电池的电化学职能也具有首要的影响。

  锂电池浆料是一个繁复的众相混杂非牛顿型流体。正极浆料由活物质、导电剂、粘结剂及溶剂构成。目前墟市化的锂电池正极原料征求钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元原料等产物,导电剂重要有炭黑、碳纳米管、导电石墨等,粘结剂分为水系和油系粘结剂,对应的溶剂有水系的去离子水和油系的NMP溶剂。

  负极浆料由活物质、导电剂、粘结剂、增稠剂及溶剂去离子水等众相物质混杂制成。负极活物质重要是各种型的石墨、硅碳负极,导电剂和正极导电剂品种差不众(炭黑、CNT、VGCF等),目前墟市上负极粘结剂寻常遴选对境遇无污染的水系粘结剂如CMC、SBR、LA132等。当负极原料采用钛酸锂时,粘结剂寻常遴选油系的PVDF,用NMP来作溶剂。

  活物质、导电剂、溶剂对金属电极没有粘附性,故无法做成极片用于制备锂电池。粘结剂是浆料中首要的组分,粘结剂将各样颗粒粘接正在一道,变成了具有粘附性的浆料,将其与金属箔精密粘接正在一道。好的粘结剂,不但有利于电池能量密度的降低,对待电池内阻也有彰彰的下降效率,对电池的电化学职能也具有首要的影响。

  粘结剂不但闭乎锂电池的缔制工艺,况且对锂电池的电化学职能有着首要的影响,从电池职能角度来讲需求粘结剂具有如许的特质:

  4.具有较高的熔点和较低的溶胀率。纵使正在高温下,粘结剂与活物质的组合组织也需求维持不变。粘结剂常常会有溶胀地步,溶胀凌驾必定水准就会影响活性物质和集流体间的导电性,就会变成电池容量衰减,因而需求掌握其溶胀率。

  聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有高介电常数的凑集物原料,具有优秀的化学不变性和温度特征,具有良好的呆板职能和加工性,对降低粘结职能有主动的效率,被平常使用于锂离子电池中,举动正负极粘结剂。

  PVDF单体有两个氢原子和两个氟原子(CH2CF2),氢原子的电子倾向其他原子,被称为供体。共价键电子云倾向氟原子,以是氟原子被称为受体。

  PVDF的晶形中,最不变的是-型,其余部门使无定形的。无定形区域对待极性分子来说是个优秀的基体,锂离子可能穿透溶胀的PVDF薄层。

  PVDF依据分子链和分子量的巨细可能分为众种,比方7200/5100/9100/9300等。墟市上PVDF有粉体和胶液两品种型产物,为了下降本钱,大家半厂家遴选置备PVDF粉体打胶后加入行使,或者直接加入制浆工艺。

  影响PVDF粘结性的影响成分重要有分子量巨细、结晶度、PVDF改性、正极原料及导电剂品种等。PVDF分子量越大,粘结性越强,极片的剥离强度就越大。结晶度越高,分子链之间堆砌的尤其精密,分子间效率力更大,粘结性更好。PVDF用作锂电池粘结剂具有优秀的职能,影响其行使的重要是PVDF粉末正在NMP溶剂中的融化水准和水分影响。

  PVDF高分子原料正在溶剂中的融化重要受结晶度、粉末粒径、分子量巨细、极性以及融化温度的影响。结晶度越高,溶剂就很难渗出进溶质分子,融化徐徐;粒径越大,PVDF融化越慢;分子量越大,PVDF的融化度越小,不异浓度的胶液粘度就越高;必定鸿沟内,温度越高越有利于粉末的融化,不外高于70℃的融化温度能够变成PVDF的降解。

  除了PVDF粉末的融化外,对待NMP溶剂的水分要奇特掌握,NMP吸水水准要比正极活物质、导电剂等原料吸水急急。NMP内部逛离氨的存正在、吸水后浆料pH值升高,碱性基团会攻击相邻的C-F、C-H键,PVDF很容易发作双分子消去反响,会正在分子链上变成一部门的碳碳双键:

  共轭双键数目升高会导致浆料粘度升高,急急时会发生凝胶像果冻雷同,无法举办寻常涂布。

  最初,负极搅拌行使的粘结剂也是PVDF等油系粘结剂,然则由于探究到电池内极化急急,且水系更环保且能代庖其粘结效率,故发达到现正在负极选用水系粘结剂仍然成为其主流目标。

  水性粘结剂有着与油性粘结剂雷同以至更好的职能,遴选适合的用量,会使电池职能获得降低,况且因为其更安定,更环保,本钱更低等长处,成为二次锂离子电池粘结剂推敲的趋向和热门。

  羟甲基纤维素钠(CMC)是一种钠盐。CMC是一种离子型线性高分子物质,纯品为白色或微黄色的纤维状粉末,无毒、枯燥,易溶于冷热水和极性溶剂中成为透后稠密性溶液,正在筑制电极浆料的岁月到场CMC,能降低浆料粘度和防备浆料浸淀。

  CMC胶液与金属箔有优秀的粘结性,且具有导电职能。CMC胶液粘度会跟着温度的升高而下降,容易吸潮,弹性较差。丁苯橡胶(SBR)是一种水性粘结剂,一种高分子原料具有优秀的耐水和耐老化职能。

  相对来说SBR粘结性更强,然则其正在长时代的搅拌下容易破乳,从而组织伤害,下降其粘结性,寻常处境下SBR遴选正在搅拌后期到场。同时SBR散漫恶果并没有CMC好,过众的SBR会发生较大溶胀,因而也不行所有用SBR举动粘结剂。

  CMC对待负极石墨的散漫可能起到很好的效率。CMC正在水溶液中会分化出钠离子和阴离子,跟着CMC量扩大,其分化产品将附着正在石墨颗粒外观,石墨颗粒之间因为静电效率力而互相排斥,到达很好散漫恶果。

  然则CMC也有对照致命的纰谬,CMC是呈脆性的,要是整体选用CMC举动粘结剂,极片正在压片、分切经过中石墨负极显示坍塌会显示急急的掉粉处境。同时,CMC受电极原料配比、pH值的影响较大,充放电时极片能够会龟裂,直接影响电池的安定性。

  聚丙烯酸是一种水溶性链状凑集物,可能与很众金属离子变成聚丙烯酸盐,如聚丙烯酸及其盐的分子链中同样具有很众含氧基团(-COOH),可能与硅碳活性原料外观变成氢键效率,给与活性颗粒与集流体之间较强的连合力,同时还具有缓解硅基原料体积膨胀的效率,还可能改进电池的轮回职能,降低电池的寿命聚丙烯酸钠,聚丙烯酸钠易溶于水,具有增稠的效率,可用于锂离子电池料浆的增稠剂。

  目前有推敲解说羧基含量更高的PAA比CMC-Na更合用于硅基负极原料。PAA不但可与Si变成强氢键效率,况且能正在Si外观变成比CMC-Na更平均的相像SEI膜的包覆层,压制电解液的分化,正在Si电极原料方面的电化学职能优于CMC-Na、PVA和PVDF。PAA举动石墨负极的粘结剂时,可能正在石墨电极外观变成一种膜,阻拦石墨片层状剥落的经过中溶剂化锂离子的嵌入。

  PTFE单体的分子式是(CF2CF2),PTFE具有优秀的粘结性,可能正在电极基体中变成一种弹性的网状组织,正在这种组织中,活性物质不单相互接触优秀,有利于电子的传导,还可能抗拒因为电极充放电变成的膨胀和缩小,可能改进锂电池的放电职能和积聚寿命。PTFE正在坐蓐工艺是比PVDF轻易,积聚本领上央求也对照低,本钱上比PVDF要低,且对境遇友情。

  正在部门推敲中出现,PTFE会扩大电极的电阻,下降电极可逆性,从而下降电极的电位和放电容量。因而PTFE的用量要依据电极体例来决心。

  聚乙烯醇(PVA)是一种白色至微黄色固体或者粉末,是一种常睹的水溶性高分子化合物,其分子链中含有大方的羟基,可能正在碳负极原料外观变成氢键,具有较好的粘结性。

  其外型可分为絮状、颗粒状、粉状三种,是一种用处相当平常的水溶性高分子凑集物。水溶液粘度随凑集度增大而增大,成膜后的强度和耐溶剂性降低。耐光性好,不受光照影响。纰谬是其水溶液正在储存时,有时会显示毒变。

  固然目前推敲行使中的粘结剂品种有良众,然则每种粘结剂的合用浆料体例、优纰谬都各有分别。贸易化锂电池的粘结剂并非简单组分粘结剂,目前常用的法子是对粘结剂举办改性,以优化其各项职能。改性的本领征求共混改性法、共聚改性法、研发新型粘结剂体例以及其它改性本领。

  LA132/LA133水性粘结剂是丙烯腈众元共聚物的水散漫液,具有优秀的抗氧化和抗还原才略。此种粘结剂归纳职能较好,行使时不需求增加增稠剂和有机溶剂,可能有用下降本钱和对境遇的污染。

  与PVDF粘结剂比拟,LA132的溶胀性更小,可能防备锂电池行使经过中活物质的零落。不外,正在行使经过中需求留神调节浆料的粘度,涂布经过中极片的烘烤温度不行过高,不然容易显示卷边或涂层龟裂的地步。

  LEE等行使两种水性粘结剂,聚丙烯酸丁脂(PBA)和聚丙烯腈(PA)举动正极原料为钴酸锂的锂离子电池粘结剂时,出现粘结剂可能降低柔韧性和改进轮回不变性。

  除了以上例子外,又有良众类型的改性粘结剂。锂电池用粘结剂除了需求餍足粘结性高以外,还要具有粘结后极片柔韧性好、正在电解液中不融化、致密性、化学和电化学不变性以及易于电极涂覆,还要加上本钱低、具有环保性等,思要餍足一齐的特征是对照难题的,粘结剂又有很长一段途要走。

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