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1、粘结剂应用常见问题及解决思路浆料沉降怎么办?原因:1)选用的CMC种类不适用,CMC的取代度和分子量会一定程度的影响浆 料稳定性,例如取代度低的CMC亲水性差,对石墨的润湿性好,但浆料的悬浮 能力差;2) CMC用量少,不能有效的悬浮住浆料;3)捏合过程参与捏合的CMC用量太多,导致游离在颗粒之间、起悬浮作用 的CMC用量不足,往往会导致浆料稳定性不好;4)高的机械作用力、浆料的酸碱性波动都可能会导致SBR的破乳,从而使 得浆料沉降;解决思路:1)换用或者搭配取代度高、分子量大的CMC,例如量产配方中WSC与 CMC2200的搭配使用,WSC本身分子量低、取代度低,对石墨的润湿好、悬浮 能力弱
2、,搭配CMC2200之后,浆料的稳定性得到了大幅的提升;2)增加CMC的用量是提升浆料稳定性的最有效的手段之一,但要找到工序 能力和电池的低温性能的平衡点;3)减少捏合的CMC用量,提高游离CMC的含量,可以一定程度的提升浆 料稳定性;4) SBR加入浆料体系之后,要把自转的搅拌速度降低;过滤时堵孔,无法过滤怎么办?原因:1)活性物质润湿差,没有分散;2) SBR破乳导致的不能过滤;解决思路:1)采用捏合工艺;2) SBR加入浆料体系之后,要把自转的搅拌速度降低,防止破乳的发生;浆料出现凝胶怎么办?原因:凝胶产生主要分为两种,一种是物理凝胶,另一种是化学凝胶。1)物理凝胶:阴极活性材料、SP、
3、溶剂NMP已吸水,或环境中的水含量 超标,容易形成物理凝胶。这是因为在颗粒的周围包裹有PVDF的高分子链, 当浆料中分含量超标时,高分子链运动受阻,高分子链之间相互缠结,降低了浆 料的流动性,出现凝胶现象。2)化学凝胶:在制备高银或高碱性活性材料的过程或静止过程中,容易产生化 学凝胶现象。这是因为PVDF在碱基的高PH环境,高分子主链容易脱HF生 成双键,同时浆料中存在的水分或者溶剂中的胺进攻双键,形成交联,从而严重 影响降低了生产能力,恶化电池性能。一般随着活性材料碱性的增大,浆料凝胶 现象越严重。解决思路:1)物理凝胶:可通过严格控制原料和环境中的水分,浆料存储时采用适当 速度搅拌加以控制
4、。2)化学凝胶:可通过一下方法加以控制:1.活性物质及 导电碳分散前需烘烤,除去所吸附的水分;提高NMP纯度;2.在匀浆过程中 严格控制环境水分;3.来料降低NCM颗粒表面游离Li,以便降低NCM材 料的碱性;4.开发Anti-gel PVDF,接枝其他基团取代单元基团CH2-CF2-中H/F, 抑制聚合物中连续的脱HF反应,减少交联位点的比例。目前采用的接枝基团或 改性基团多为乙烯基酸、六氟丙烯、四氟乙烯等单体。5.开发非PVDF类阴 极粘合剂,因为上述解决方法并不能被完全抑制PVDF脱HF反应,如果开发高 碱性阴极材料(高银材料,NCA)或者添加功能性添加剂(Li2CO3,呈碱性),还是会
5、 有浆料凝胶的风险,因此目前正在开发非PVDF类阴极粘合剂,以彻底解决这 一问题。涂布极片外观差怎么办?原因:1)粘合剂本身玻璃化温度较高,导致成膜温度高于涂布温度,成膜过程困难, 导致表现出极片开裂的现象;2)另一种情况存在于水溶性粘合剂中,固化成膜时,粘合剂失水收缩严重, 导致整个极片开裂,如水性PAA体系;实例:聚丙烯酸类高分子是硬质的,可绕性差,在电极制作过程中,会出现大面 积的极片蜷曲、开裂,以至于在涂布、卷绕中,生产优率非常低;PAA电极在加 工过程中发生卷曲、开裂解决思路:1)如果是因为粘合剂本身成膜温度过高造成的涂布外观差,可以换用其他成 膜温度低的粘合剂;2)对于水性的PAA
6、体系,我们采用的是加入EC增塑的办 法,对改善极片开裂有明显的帮助:卷针法测试电极片柔韧性极片粘结力太差脱碳怎么办?原因:当聚合物交联度较低时,粘结剂的耐电解液性能会较差解决思路:通过增加聚合物链段间交联点,从而提高粘结剂耐电解液浸泡能 力实例:JZ-I粘结剂在涂布冷压过程中没有发现脱膜掉粉等现象,但是在满充后阳 极单面区脱膜较严重。通过增加聚合物交联度,开发了 JZ-IB粘结剂,从而减少聚合物在电解液中的 溶胀,在电池样品中验证后发现,极片头部脱膜的现象得到了极大改善。电池高温胀气怎么办?原因:当聚合物分子中有较多极性官能团时,聚合物较容易吸收水分,水分 在高温存储中会与锂离子发生反应,生成
7、氢气。解决思路:通过控制电芯中水分,或高温高SOC化成工艺。实例:SD-3在85存储时电芯容易产气,导致电池膨胀较大。通过将电芯水分 控制在IooPPm以下,和高SOC化成,高温存储问题得到了明显的改善。电池高温循环衰减过快怎么办?原因:1)粘结剂在高温下溶胀过大,导致颗粒间连续的导电网络被破坏;2)粘结剂在高温下稳定性较差,易溶出或与Li发生化学反应;3)经电解液高温浸泡后,粘结剂的强度降低,无法有效抑制活性材料在循 环过程中的粉化破裂;解决思路:D选用或搭配使用Tg较高的粘结剂,适当降低其与电解液的亲和性,减 少其在高温下的溶胀破坏。2)对于循环膨胀较大的硅阳极负极材料,可选用高 模量binder,如PA/PI/PAI类,有效抑制或减少硅颗粒在循环过程中的破裂、粉 化。电池容易变形怎么办?原因:当聚合物较硬时,会造成极片内部内应力较大,在充放电过程中由于 内应力的释放,从而导致极片扭曲变形,最终导致电池变形。解决思路:添加增塑剂,减少极片内应力。实例:BI-4粘结剂在CE中应用时,表现出优异的动力学性能,但是电池变形 较严重。为改善电池变形的现象,在浆料搅拌时加入2wt%的EC添加剂,EC是 小分子增塑剂,在极片干燥过程中可以完全挥发,因此对电芯电性能没有明显影 响,极大改善了电芯变形的问题。