丁苯橡胶乳液SBR在锂离子电池中的影响.docx

《丁苯橡胶乳液SBR在锂离子电池中的影响.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《丁苯橡胶乳液SBR在锂离子电池中的影响.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、丁苯橡胶乳液SBR在锂离子电池中的影响目录1. 优化电池性能的关键材料负极粘结剂SBR12. SBR的粘结机理13. SBR的重要特性参数及影响3? ?成膜特性3? ?粒度4?玻璃化温度43. 4.弹性模量54. SBR对石墨分散的影响55. 与SBR相关的黏轻66. 锂电池干燥温度对SBR的影响67. SBR对低温性能产生的影响78. SBR对负极膨胀的影响79. 总结8L优化电池性能的关键材料一一负极粘结剂SBRSBR作为锂离子电池的辅材之一，虽然用量极少（仅用于石墨负极材料的匀 浆和涂布），但是不可或缺的组成部分。极片涂布过程中因为烘干速度溶剂的挥 发影响SBR的迁移，造成SBR不同的分

2、布状态，形成的浆料和极片微观结构都 有大的差异，形成的微观结构也直接影响到电池的性能。SBR使用不合理，会造成极片微观结构差异，影响石墨负极粘结性能，在 辑压时容易出现黏根；影响石墨负极与铜箔之间的粘结性能，极片在电池充放 电过程中容易极化，引起负极掉料降低电池的使用寿命。因此对SBR正确的认 识、分析SBR对锂电池性能的影响，合理使用SBR对锂离子电池有重要的意义。2. SBR的粘结机理SBR表面的基团与铜箔表面的基团发生缩合反应形成化学键。SBR乳液本 身是一个亲水性和疏水性平衡的产物，一方面通过疏水性和石墨有机结合，另 一方面通过亲水性基团和铜箔表面基团发生缩合反应。而CMC-Na作为一

3、种稳 定剂、悬浮分散剂，对SBR具有辅助的粘结作用，同时也可让SBR分散的更加 均匀，利用空间电荷的排斥作用保证整个体系的稳定。首先了解一下SBR在浆料中如何才能起到黏接剂的作用。只有石墨和炭黑颗粒均匀分散在浆料和极片中，锂离子电池才能表现出较好的性能。石墨和炭 黑颗粒因为都是表面疏水性、非极性，没有添加剂其在水中发生聚集不能分散。 石墨负极与炭黑分散时以阴离子分散剂为主，以非离子分散剂为辅，可以取得 稳定的分散体系,一般负极石墨负极选用SBR和CMC两者协同作为黏结剂,CMC 称为增稠剂，SBR称为黏结剂。选用SBR和CMC两者协同作为黏结剂的原因：I)SBR黏结性虽然很强，但不能长时间高速

4、搅拌。如果匀浆时加入SBR后 再长时间的搅拌，SBR容易破乳，因其结构遭到破坏而降低了黏结性，一般SBR 选择在搅拌后期加入低速搅拌，浆料配备后如果不能进行涂布，需要低速搅拌 代替静置。另外SBR分散效果不好，过多的SBR会产生较大溶胀，所以不单独 用SBR作为黏结剂。2)CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用CMC在水溶液中会分解, 其分解产物将在石墨表面吸附，吸附后石墨颗粒因静电而相互排斥，达到很好 分散效果。当CMC的比例很高时，多出来CMC没有吸附到石墨颗粒表面，这 些CMC结合导致相互之间的引力大于吸附后石墨颗粒之间的斥力，形成的石墨 颗粒团聚。CMC呈脆性，如果黏结剂只用CMC

5、配备石墨负极浆料，在后序制片 过程中，辑压时石墨负极会出现塌陷，分切时出现严重的掉粉。3)匀浆工艺中CMC和SBR合理比例混合可以互相弥补缺陷，因而石墨负极 浆料具有良好的涂布性能。CMC和SBR与石墨、炭黑之间的配比需要通过一系 列的试验数据，然后选择优化的配比方案。另外CMC和SBR混合的方式及搅拌 工艺也对浆料性能产生影响，这些都需要时间过程中通过试验数据摸索稳定的 工艺，其中SBR主要起黏结、CMC起增稠作用。不同的CMe/SBR/石墨/炭黑都 需要优化工艺来获得最佳的浆料性能。从电池负极的组成来看，石墨约用96份、SBR约用1.52.3份，但是石墨 的比表面积是最小的，SBR膜覆盖在

6、石墨颗粒的表面，以及存在与石墨颗粒的 中间，SBR之间形成连接网络起到桥梁作用。同时SBR颗粒只有150nm左右单 独SBR颗粒没有连接力，在浆料中只有很多SBR结合在一起形成SBR膜，才能 形成连接力对石墨负极颗粒起到黏结的作用。SBR更多的连接是点对点的连接, 把石墨与石墨中间、石墨和碳黑、石墨和铜箔联结在一起。3. SBR的重要特性参数及影响?. 1.成膜特性在干燥过程中，稳定的聚集体决定了成膜的稳定性，也决定着电极的综合 性能好坏。?. 2.粒度粒径的分布越小，接触点越多，粘附性越好，成本越高，粒径分布的一致 性越好，粘结接触点就越均匀相同添加量，粒径小就决定了粘结剂与活性物质 的接触

7、点增多，因此可以有更高的粘结力。?. 3.玻璃化温度电池的高低温性能主要受负极、电解液性能的影响较大，而SBR对电池的 高低温性能也有一定影响；玻璃化温度即由高弹态转变为玻璃态的温度，Tg高说明材料相对不耐低温,对锂电而言适当的Tg温度有助于电池低温性能的发挥, 当然这个单一的因素也不是绝对因素。3. 4.弹性模量弹性模量SBR的弹性模量越大，极片厚度反弹越小，在电池长期的充放电 过程中，内部结构越稳定越有利于使用寿命的延长。通过对高分子聚合物构造 和分子量的控制，可以对粘结剂在锂电池内部的延展性和强度进行控制。延展 性和强度是评价一款粘结剂十分重要的指标，影响到电池的粽合性能。4. SBR对

8、石墨分散的影响1）当浆料里只有低含量的CMC没有SBR时，石墨颗粒在匀浆过程成中团聚 而不能很好的分散。2）加入CMC与石墨比例适中时，加入1.0%4.5%的SBR到浆料里，由SBR 吸附在石墨表面使石墨颗粒分散而浆料的黏度和模量都会降低。3）当CMC为0.7%1.0%时浆料表现黏弹性，连续加入SBR也不会改变浆 料的流变特性。SBR和CMC同时加入和先加CMC随后加入SBR两种混合方式 进行对比，结果表明，石墨在浆料分散中CMC起了主导作用，CMC优先与石墨 颗粒表面吸附。总之，当CMC添加量很低时，SBR加入会吸附在石墨颗粒表面，对石墨的 分散有一定的影响；随着CMC添加量的增加石墨表面的

9、吸附量也增加，SBR就 不能吸附在石墨表面，进而对石墨的分散起不到作用；当CMC达到一定量以后， 多余的没能吸附在石墨表面的CMC结合导致引力大于斥力，这样会形成的石墨 颗粒之间的团聚。因此，在石墨负极浆料的分散中CMC起到了很关键的作用。5. 与SBR相关的黏辑1）涂布工序时，极片烤箱温度设置太高，负极片烘烤得相对较快，因溶剂 蒸发过快导致SBR迁移大部分带到极片表面，表面SBR浓度明显增高，形成表 面黏性大于铜箔与负极材料之间黏性的极片微观结构，容易导致根压机形成黏 辑，导致因为黏根脱落的颗粒掉落在极片上。可以通过我们调整涂布的烘干及 抽风频率的设置，更好控制涂布机的运行抑制SBR迁移，优

10、化涂布烘烤干燥曲 线。2）SBR连接力不够，浆料中SBR含量偏少，导致活性物质之间黏结力不足, 与箔片接结合力不足，当辐压时（与触其它物质接触时），有立刻脱离黏到其它物 体上的趋势。水性负极浆料的话可以考虑下CMC和SBR的比例，太少肯定黏不 好，可以调整控制SBR的存储膜量和黏弹性来改善黏短性能。3）在制浆时出现SBR漂蓝上浮情况，涂布后会使SBR的浓度分布不均，活 性物质与箔材之间的黏接性变差，根压时就容易黏轻。主要措施：制浆后减少 静置时间，或可用低速搅拌代替静置；通过不同工艺调整石墨-CMC-SBR搅拌方 式及配比，依据试验数据选择匹配的石墨-CMC-SBR工艺方案；也可选择特殊改 性

11、的SBR,使其表面官能团和CMC形成更好的相互作用，减少SBR漂蓝的现象。6. 锂电池干燥温度对SBR的影响锂离子电池在制作过程中严格控制水分，提高电芯干燥温度是降低水分的 主要途径。在电芯烘烤干燥过程中，黏结剂会高温下受热，不同性能的黏结剂 可能会引发可交联基团发生交联的现象，从而影响电极性能。因此研究电芯干 燥对黏结剂性能的影响也是十分重要的。有试验分析了水性黏结剂LA132和SBR的热性能,温度过高时LA132会发 生分子间交联，导致活性物质同集流体的黏接性受到破坏电池循环性能变差， 其干燥温度不宜高120,而使用SBR的极片，性能几乎不受干燥温度的影响， SBR受热不发生交联，剥离强度

12、都维持在3.5Nmm左右。7. SBR对低温性能产生的影响低温条件下锂离子电池的阻抗RB、RSEI和RCT随着温度的下降都会上升, 但是RCT的上升幅度最大。如果可以降低低温条件下的RCT,就有可能提升电 池的低温性能。SBR的因素而减少低温条件下电池RCT的增长幅度，SBR的应 用就能够有效的提升电池的低温特性。充电过程中，SBR的膜覆盖石墨一定的比表面积，锂离子在传输过程中有 效的嵌入石墨的方式是绕过SBR膜到达石墨表面。电解液是锂电池中正负极之 间锂离子传输的运动载体，电解液和SBR润湿性能越好，越有利于锂离子在界 面之间的传导。不同SBR与相同电解液润湿是不同的。选用不同SBR的低温电

13、 池放电数据显示，润湿性能好SBR的比一般SBR有4%的提升，而0下电池 DCR比一般SBR低15%o虽然选用接触比小的SBR提升电池性能幅度没有其他 途径大，但是对于SBR来说，对电池性能影响是明显的提高。8. SBR对负极膨胀的影响石墨负极极片经常遇到掉料、厚度反弹大等问题。负极极片膨胀对电池的 循环性能、内阻等具有重要的影响，所以我们需要了解黏结剂SBR对负极极片 膨胀的影响。负极极片的反弹主要与材料的物理性质有关系，例如弹性模量、 断裂强度、延伸率等等。CMC在负极浆料中主要起到增稠的作用，SBR起到了 较强的黏结作用，也正是因为SBR的高弹性，在辐压过程后，负极片会有较大 程度的厚度

14、反弹。SBR的弹性模量和强度越高，负极膨胀率越低。试验表明：负极膨胀与根压时所受压力以及黏结剂弹性模量和强度有关。 SBR含量相同，辐压时所受压力相同，SBR弹性模量和强度越高，负极膨胀率 越低；SBR含量越少，辐压时所受压力越小，前期的物理搁置、满电态和空电 态的膨胀率就越小；负极膨胀导致电池卷芯变形，影响锂离子传输通道，进而 对电池循环性能产生严重影响。SBR的弹性模量影响极片的反弹，弹性模量越大极片厚度反弹越小。在电池材料选型时要优先挑选弹性模量大、断裂强度高的黏结剂，在材料配比调整 过程中尽量降低SBR,这样可以提高电池的循环寿命。9 .总结综上所述，锂离子电池制造过程中浆料工序通过S

15、BR优化的设计，在特定 条件改善SBR在极片中的微观结构，在压实的过程中提升SBR的储能膜量，通 过这个来提升减缓SBR引起的黏馄。通过提升电解液对SBR的浸润性提升电池 的低温性能。SBR合成工艺采用不同的手段，对SBR采用不同的合成单体，通 过SBR表面的调整使SBR具有不同的性能，包括解耦、凝胶等方面都有调整， 这样不同的SBR会表现不同的对电解液的浸润性，对提升锂电池的低温性能有 一定的帮助。在锂离子电池中SBR的作用好似“四两拨千斤”，虽然SBR用量很少但是对 整体性能起到关键作用。SBR用量太少容易造成极片黏结力低，在辑压过程中 易掉料、黏根等，对于电池的后期性能也是不利的。在锂电池制造过程中人们 提高对SBR的重视，探索出与CMC、石墨负极合理的配比及工艺，才能在锂离 子电池性能上充分发挥作用。