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專題 | 電池綜合性能提升背后的粘結(jié)劑因子；CMC粘結(jié)劑在電池中的應(yīng)用……
時(shí)間:2020-05-12 07:47來源:中國(guó)電池聯(lián)盟 作者:綜合報(bào)道
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縱觀我國(guó)新能源行業(yè)發(fā)展之路，國(guó)家政策從最初以保護(hù)扶持為主，到現(xiàn)在的鼓勵(lì)開放競(jìng)爭(zhēng)。隨著產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展逐漸成熟，行業(yè)已脫離了相對(duì)粗放的發(fā)展產(chǎn)量模式，從而進(jìn)入了發(fā)展質(zhì)量的新階段。
在此背景下，產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)都有降本需求，但降本終究不能只是片面的壓低價(jià)格，而應(yīng)該將心思著重放在如何升效率和良品率，去除不良損失等方面，進(jìn)而降低產(chǎn)品的綜合成本，實(shí)現(xiàn)有效降本。
誠(chéng)然，電芯前工序制作在電池電芯生產(chǎn)過程中，變得越來越重要。為了更好的提升電池操作人員在混料、涂布、極片制作的技術(shù)水平，加強(qiáng)他們?cè)谏a(chǎn)過程中突發(fā)工藝問題的解決能力，電池聯(lián)盟、中國(guó)綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟電池專委會(huì)、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)電池專委會(huì)聯(lián)合電池聯(lián)盟，于5月13-15日在湖南召開鋰電池生產(chǎn)前工序技術(shù)暨CMC工藝培訓(xùn)，會(huì)議將針對(duì)動(dòng)力電池各個(gè)生產(chǎn)工藝工序進(jìn)行系統(tǒng)化培訓(xùn)，并在培訓(xùn)過程中出具常見問題的解決方案。
培訓(xùn)內(nèi)容包括CMC的作用與使用、CMC的制造方法、CMC級(jí)別的重要性、CMC的品質(zhì)與漿料特性的關(guān)系、CMC的品質(zhì)與電池品質(zhì)的關(guān)系、如何挑選電池用的CMC等。
培訓(xùn)結(jié)業(yè)考核合格者頒發(fā)工業(yè)和信息化人才培養(yǎng)工程培訓(xùn)基地、中國(guó)電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會(huì)“鋰電池生產(chǎn)崗位操作專項(xiàng)技術(shù)”證書。此外，通過培訓(xùn)考核的學(xué)員信息錄入到協(xié)會(huì)官方數(shù)據(jù)庫中，終生可享受免費(fèi)推薦工作單位。
近期，電池聯(lián)盟圍繞CMC工藝技術(shù)進(jìn)行了深度梳理，以下為專題報(bào)道系列核心內(nèi)容：
01
CMC粘結(jié)劑在電池中的應(yīng)用
粘結(jié)劑是鋰離子電池中重要的輔助功能材料之一，是整個(gè)電極的力學(xué)性能的主要來源，對(duì)電極的生產(chǎn)工藝和電池的電化學(xué)性能有著重要的影響。粘結(jié)劑本身沒有容量，在電池中所占的比重也很小。
目前得到廣泛應(yīng)用的鋰離子電池粘結(jié)劑主要有三大類：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡膠（SBR）乳液和羧甲基纖維素（CMC），此外，以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作為主要成分的水性粘結(jié)劑也占有一定市場(chǎng)。
CMC產(chǎn)品作為水性體系負(fù)極材料的主要粘合劑，是纖維素的羧甲基化衍生物，通常由天然的纖維素和苛性堿及一氯醋酸反應(yīng)后而制得，分子量由幾千到百萬，被國(guó)內(nèi)外電池制造企業(yè)廣泛采用。
02
電池綜合性能提升背后的粘結(jié)劑因子
隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)粘結(jié)劑的性能要求也在不斷提高，新型結(jié)構(gòu)的鋰離子電池需要粘結(jié)劑具有優(yōu)異的力學(xué)性能。所以，鋰離子電池用新型高性能粘結(jié)劑已成為鋰離子電池關(guān)鍵材料研發(fā)的重要發(fā)展方向之一。
粘結(jié)劑是鋰離子電池材料中技術(shù)含量較高的附加材料，是將電極片中活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑粘附在電極集流體上的高分子化合物，雖然在電極片中用量較少，但其性能的優(yōu)劣直接影響電池的容量、壽命及安全性。
CMC具有極高的漿料穩(wěn)定性，可保證穩(wěn)定加工；提高石墨與負(fù)極的粘合力，從而延長(zhǎng)單元電池的使用壽命；低用量高效，可極大地降低單元電池的非活性成分含量。
除此之外，CMC還是高容量硅負(fù)極材料的優(yōu)良粘結(jié)劑，CMC中的羧基官能團(tuán)與硅表面的氧化硅（SiOx）和硅醇（-Si-OH）基團(tuán)產(chǎn)生氫鍵或共價(jià)鍵作用力，能增強(qiáng)硅顆粒以及硅顆粒與集流體之間的粘結(jié)。
03
從CMC粘結(jié)劑到極片：電池能量密度何以提升？
好的粘結(jié)劑不僅有利于電池能量密度的提高，對(duì)電池內(nèi)阻也有明顯的降低作用，將對(duì)電池電化學(xué)性能提升起到重要的影響。
鋰電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜，可分為前、中、后三個(gè)階段。前端極片制作主要包括包括正/負(fù)極配料、涂布、輥壓、分切、制片等工序；中端電芯制作主要包括卷繞或疊片、封裝、注液等工序；后端電池組裝包括化成、分容、PACK組裝等工序。
在鋰離子電池生產(chǎn)過程中，對(duì)電池電極結(jié)構(gòu)的控制是關(guān)鍵，如何控制其電極片內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，是鋰離子電池生產(chǎn)過程的關(guān)鍵技術(shù)。采用不同結(jié)構(gòu)的電極片生產(chǎn)的電池的自放電率、循環(huán)性、容量、一致性等都不同。在鋰電池生產(chǎn)前端制備電極片的過程中，必須控制好鋰離子電池漿料的混合分散質(zhì)量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩(wěn)定性。
作為漿料中的重要組成部分，粘結(jié)劑將各種顆粒粘接在一起，形成了具有粘附性的漿料，將其與金屬箔緊密粘接在一起。活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、溶劑對(duì)金屬電極沒有粘附性，無法做成極片用于制備鋰電池。好的粘結(jié)劑不僅有利于電池能量密度的提高，對(duì)于電池內(nèi)阻也有明顯的降低作用，對(duì)電池的電化學(xué)性能也具有重要的影響。
04
“技術(shù)決定論”之下，鋰電池漿料穩(wěn)定性重要幾何？
極片制造工藝是鋰電池生產(chǎn)的核心工序，而極片制造工序中，漿料制備過程又是其中的重中之重，分為正極漿料和負(fù)極漿料，主要包括干粉混合、半干泥狀捏合，以及稀釋分散。
在原材料被逐漸混勻、被溶劑潤(rùn)濕、大塊物料破裂和逐漸趨于穩(wěn)定等階段中，會(huì)出現(xiàn)物料混合不勻、粘接劑溶解不良、細(xì)顆粒嚴(yán)重團(tuán)聚、粘接劑性狀發(fā)生變化等情況，就會(huì)導(dǎo)致大顆粒的產(chǎn)生。解決這些問題，就需要選擇粘接劑。
目前，很多企業(yè)選擇的是粉狀粘接劑和液體溶解好的粘接劑，兩種不同的粘接劑決定了工藝的不同。采用粉狀粘結(jié)劑需要更長(zhǎng)的時(shí)間來進(jìn)行溶解，否則在后期會(huì)出現(xiàn)溶脹、回彈、粘度變化等。
電極漿料需要具有穩(wěn)定且恰當(dāng)?shù)恼扯龋绊憹{料粘度的因素主要有攪拌漿料的轉(zhuǎn)速、時(shí)間控制、配料順序、環(huán)境溫濕度等。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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