開發(fā)背景:
鋰離子電池負(fù)石墨、硅碳在充電過程中嵌入鋰離子,體積膨脹,若無法束縛抑制,會(huì)產(chǎn)生裂紋或碎顆粒極,造成負(fù)極極片厚度增大。主材顆粒破碎,不斷消耗電解液重構(gòu)SEI膜,SEI膜過厚造成內(nèi)阻增大,同時(shí)降低了主材與導(dǎo)電劑的接觸,惡化循環(huán)性能,帶來析鋰等風(fēng)險(xiǎn)。因此急需粘接良好,彈性好的粘接劑來束縛石墨(硅碳)膨脹。
思路設(shè)計(jì):
常規(guī)的CMC粘接劑同時(shí)作為負(fù)極主主材分散劑,搭配SBR/PAA。但是CMC屬于線性分子,包覆石墨顆粒后,當(dāng)石墨膨脹時(shí),CMC會(huì)發(fā)生滑移,無法有效束縛。因此,將其接枝一些環(huán)狀分子,利用環(huán)狀分子(環(huán)糊精聚合物)豐富的羥基/羧基基團(tuán),對石墨(硅)顆粒進(jìn)行錨定,抑制其發(fā)生體積形變時(shí)的位移跟膨脹。這種三維化學(xué)鍵交聯(lián)粘結(jié)劑,更容易實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)顆粒的三維固定,并且通過交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)骨架內(nèi)的超分子相互作用,能更有效地進(jìn)行自修復(fù),達(dá)到保持電極完整性的效果。
負(fù)極極片開裂一方面由于CMC的氫鍵作用力大,另一方面干燥過程中CMC的滑移造成應(yīng)力集中。交聯(lián)CMC可有效分散局域應(yīng)力,緩解極片開裂。
與此同時(shí),硅負(fù)極配方中會(huì)添加碳納米管增加導(dǎo)電性,對硅基負(fù)極的離子擴(kuò)散和循環(huán)等性能影響巨大。已有的文獻(xiàn)表明,短碳管的壓應(yīng)力會(huì)造成針刺效應(yīng),破壞SEI膜跟碳層,加速電解液分解,惡化DCR和循環(huán)性能。而長碳管具有低壓縮應(yīng)力。本材料在分散過程中,一方面抑制硅顆粒膨脹,避免空間應(yīng)力對碳納米管的二次破壞,從而保護(hù)碳納米管保持一定的長徑比,使得電芯保持良好的循環(huán)性能。另一方面,本材料也可用作碳納米管分散劑,避免碳納米管團(tuán)聚,造成負(fù)極漿料出現(xiàn)凝膠問題。
本產(chǎn)品適用于納米硅碳、硅氧、沉積硅碳等多個(gè)技術(shù)路線產(chǎn)品
產(chǎn)品參數(shù):
CT-1采用大分子聚合物,高度聚合串聯(lián),孔徑0.8nm 左右;
CT-2是修飾后的CMC上用酯類單體修飾,增加溶解度,同時(shí)接枝大環(huán)分子,接枝比例1:1(重點(diǎn)推薦 )
CT-3為第三代迭代產(chǎn)品,大環(huán):CMC=1:2,可根據(jù)客戶需求定制開發(fā)
物性 |
CT-1 |
CT-2 |
CT-3 |
外觀 |
白色粉末 |
白色粉末 |
白色粉末 |
TG溫度 |
280℃ |
280℃ |
280℃ |
溶解度 |
40g/100g |
30g/100g |
31g/100g |
1%粘度 mpa.s |
450 |
400 |
500 |
密度 |
1.11g/cm3 |
1.08g/cm3 |
1.15g/cm3 |
使用方式 |
與石墨混合后攪拌分散即可 |
與石墨混合后攪拌分散即可 |
與石墨混合后攪拌分散即可 |
建議添加量 |
0.2%-1% |
0.2%-1% |
0.2%-1% |
工藝驗(yàn)證:
CT-2添加量為0.2%-0.3%,可以顯著抑制硅碳負(fù)極極片反彈,反彈率可降3%以上;粘接力、內(nèi)聚力均滿足制程要求。
懸浮漿料制備:
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負(fù)極物料 |
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組別 |
CT-2 |
CMC |
Si-500(~5%Si) |
導(dǎo)電炭黑 |
SWCNT |
水溶性粘接劑 |
加料細(xì)節(jié) |
A |
/ |
0.60% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合階段加0.3%CMC,分散階段加0.3%CMC |
B |
0.20% |
0.40% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合階段加0.2%CT-2+0.1%CMC,分散階段加0.3%CMC |
C |
0.3% |
0.30% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合階段加0.3%CT-2,分散階段加0.3%CMC |
備注 |
①正極為三元NCM系列 ②負(fù)極粘接劑用研一的PONE水性膠 ③ 搭配使用高粘CMC |
數(shù)據(jù)收集:
軟包測試:
添加CT-2后,容量、首效均保持一致;化成產(chǎn)氣量減少約8%左右;
低溫@-20℃DCR:B組改善8.6%,C組改善9.7%;
容量保持率300cls@25℃:B組改善2%,C組改善2.4%;300cls@-10℃:B組改善7.1%,C組改善8.1%;
60℃存儲(chǔ)---測試中。