แอปพลิเคชันของ CMC Binder ในแบตเตอรี่

ในฐานะที่เป็นสารยึดเกาะหลักของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้น้ำผลิตภัณฑ์ CMC ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางโดยผู้ผลิตแบตเตอรี่ในประเทศและต่างประเทศ ปริมาณที่เหมาะสมของสารยึดเกาะสามารถได้รับความจุแบตเตอรี่ที่ค่อนข้างใหญ่อายุการใช้งานที่ยาวนานและความต้านทานภายในค่อนข้างต่ำ

สารยึดเกาะเป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้งานเสริมที่สำคัญในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มันเป็นแหล่งหลักของคุณสมบัติเชิงกลของอิเล็กโทรดทั้งหมดและมีผลกระทบที่สำคัญต่อกระบวนการผลิตของอิเล็กโทรดและประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ สารยึดเกาะนั้นไม่มีความจุและมีสัดส่วนน้อยมากในแบตเตอรี่

นอกเหนือจากคุณสมบัติกาวของสารยึดเกาะทั่วไปแล้ววัสดุเครื่องผูกอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังจำเป็นต้องสามารถทนต่อการบวมและการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์เช่นเดียวกับที่ทนต่อการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าในระหว่างการชาร์จและปล่อย มันยังคงมีเสถียรภาพในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ดังนั้นจึงมีวัสดุพอลิเมอร์ไม่มากที่สามารถใช้เป็นสารยึดเกาะอิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

มีสามประเภทหลักของสารยึดเกาะแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน: โพลีไวนิลดีนฟลูออไรด์ (PVDF), ยางสไตรีน-บัตดาดีน (SBR) อิมัลชันและ carboxymethyl เซลลูโลส (CMC) นอกจากนี้ Polyacrylic Acid (PAA), สารยึดเกาะที่มีน้ำที่มี polyacrylonitrile (PAN) และ polyacrylate เป็นส่วนประกอบหลักยังครอบครองตลาดบางแห่ง

สี่ลักษณะของ CMC ระดับแบตเตอรี่

เนื่องจากความสามารถในการละลายน้ำที่ไม่ดีของโครงสร้างกรดของ carboxymethyl เซลลูโลสเพื่อใช้งานได้ดีขึ้น CMC จึงเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแบตเตอรี่

ในฐานะที่เป็นสารยึดเกาะหลักของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้น้ำผลิตภัณฑ์ CMC ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางโดยผู้ผลิตแบตเตอรี่ในประเทศและต่างประเทศ ปริมาณที่เหมาะสมของสารยึดเกาะสามารถได้รับความจุแบตเตอรี่ที่ค่อนข้างใหญ่อายุการใช้งานที่ยาวนานและความต้านทานภายในค่อนข้างต่ำ

คุณสมบัติสี่ประการของ CMC คือ:

อันดับแรก CMC สามารถทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ชอบน้ำและละลายได้ละลายได้ในน้ำอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีเส้นใยฟรีและสิ่งสกปรก

ประการที่สองระดับของการทดแทนนั้นสม่ำเสมอและความหนืดมีความเสถียรซึ่งสามารถให้ความหนืดและการยึดเกาะที่มั่นคง

ประการที่สามผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่มีปริมาณไอออนโลหะต่ำ

ประการที่สี่ผลิตภัณฑ์มีความเข้ากันได้ดีกับ SBR Latex และวัสดุอื่น ๆ

CMC Sodium Carboxymethyl เซลลูโลสที่ใช้ในแบตเตอรี่ได้ปรับปรุงผลการใช้งานในเชิงคุณภาพและในขณะเดียวกันก็ให้ประสิทธิภาพการใช้งานที่ดีพร้อมกับเอฟเฟกต์การใช้งานในปัจจุบัน

บทบาทของ CMC ในแบตเตอรี่

CMC เป็นอนุพันธ์ของ carboxymethylated ของเซลลูโลสซึ่งมักจะเตรียมโดยการทำปฏิกิริยาเซลลูโลสธรรมชาติกับอัลคาไลกัดกร่อนและกรดโมโนโครมิเตอร์และน้ำหนักโมเลกุลของมันมีตั้งแต่หลายพันถึงล้าน

CMC เป็นผงสีขาวถึงสีเหลืองอ่อนสารเม็ดหรือเส้นใยซึ่งมีการดูดความชื้นที่แข็งแรงและละลายได้ง่ายในน้ำ เมื่อมันเป็นกลางหรือเป็นด่างสารละลายเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูง หากมีความร้อนสูงกว่า 80 ℃เป็นเวลานานความหนืดจะลดลงและจะไม่ละลายน้ำในน้ำ มันจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลเมื่อความร้อนเป็น 190-205 ° C และคาร์บอนเมื่อถูกความร้อนถึง 235-248 ° C

เนื่องจาก CMC มีฟังก์ชั่นของความหนา, พันธะ, การกักเก็บน้ำ, อิมัลซิไฟเออร์และการระงับในสารละลายน้ำจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในทุ่งเซรามิกส์อาหารเครื่องสำอางการพิมพ์และการย้อมสีการทำกระดาษการเคลือบ

โดยเฉพาะในแบตเตอรี่ฟังก์ชั่นของ CMC คือ: การกระจายวัสดุที่ใช้งานอิเล็กโทรดเชิงลบและสารนำไฟฟ้า ความหนาและการต่อต้านการตกตะกอนต่อสารละลายอิเล็กโทรดเชิงลบ การช่วยเหลือพันธะ; การรักษาประสิทธิภาพการประมวลผลของอิเล็กโทรดและช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพรอบแบตเตอรี่ ปรับปรุงความแข็งแรงของเปลือกของชิ้นส่วนเสา ฯลฯ

ประสิทธิภาพและการเลือก CMC

การเพิ่ม CMC เมื่อทำสารละลายอิเล็กโทรดสามารถเพิ่มความหนืดของสารละลายและป้องกันไม่ให้สารละลายตกตะกอน CMC จะย่อยสลายไอออนโซเดียมและแอนไอออนในสารละลายน้ำและความหนืดของกาว CMC จะลดลงเมื่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิซึ่งง่ายต่อการดูดซับความชื้นและมีความยืดหยุ่นไม่ดี

CMC สามารถมีบทบาทที่ดีมากในการกระจายตัวของกราไฟท์อิเล็กโทรดเชิงลบ เมื่อปริมาณของ CMC เพิ่มขึ้นผลิตภัณฑ์การสลายตัวของมันจะยึดติดกับพื้นผิวของอนุภาคกราไฟท์และอนุภาคกราไฟท์จะขับไล่ซึ่งกันและกันเนื่องจากแรงไฟฟ้าสถิตทำให้เกิดผลการกระจายตัวที่ดี

ข้อเสียที่ชัดเจนของ CMC คือมันค่อนข้างเปราะ หาก CMC ทั้งหมดถูกใช้เป็นสารยึดเกาะอิเล็กโทรดลบกราไฟท์จะยุบในระหว่างกระบวนการกดและการตัดของชิ้นส่วนขั้วซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียผงอย่างรุนแรง ในเวลาเดียวกัน CMC ได้รับผลกระทบอย่างมากจากอัตราส่วนของวัสดุอิเล็กโทรดและค่า pH และแผ่นอิเล็กโทรดอาจแตกในระหว่างการชาร์จและการปลดปล่อยซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่

ในขั้นต้นสารยึดเกาะที่ใช้สำหรับการกวนอิเล็กโทรดเชิงลบคือ PVDF และสารยึดเกาะน้ำมันอื่น ๆ แต่เมื่อพิจารณาถึงการป้องกันสิ่งแวดล้อมและปัจจัยอื่น ๆ มันกลายเป็นกระแสหลักที่จะใช้สารยึดเกาะที่ใช้น้ำสำหรับขั้วไฟฟ้าเชิงลบ

เครื่องผูกที่สมบูรณ์แบบไม่มีอยู่พยายามเลือกสารยึดเกาะที่ตรงกับการประมวลผลทางกายภาพและข้อกำหนดทางเคมีไฟฟ้า ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมรวมถึงปัญหาด้านต้นทุนและการป้องกันสิ่งแวดล้อมสารยึดเกาะที่ใช้น้ำจะแทนที่สารยึดเกาะที่ใช้น้ำมัน

CMC สองกระบวนการผลิตที่สำคัญ

ตามสื่ออีเทอร์ไฟที่แตกต่างกันการผลิตอุตสาหกรรมของ CMC สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: วิธีการที่ใช้น้ำและวิธีการทำละลาย วิธีการใช้น้ำเป็นตัวกลางปฏิกิริยาเรียกว่าวิธีกลางน้ำซึ่งใช้ในการผลิตอาหารอัลคาไลน์และ CMC เกรดต่ำ วิธีการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์เป็นตัวกลางปฏิกิริยาเรียกว่าวิธีตัวทำละลายซึ่งเหมาะสำหรับการผลิต CMC ระดับกลางและระดับสูง ปฏิกิริยาทั้งสองนี้ดำเนินการในนวดแป้งซึ่งเป็นของกระบวนการนวดและปัจจุบันเป็นวิธีหลักในการผลิต CMC

วิธีกลางน้ำ: กระบวนการผลิตอุตสาหกรรมก่อนหน้านี้วิธีการคือการตอบสนองเซลลูโลสอัลคาไลและเอเจนต์อีเทอร์ไฟภายใต้เงื่อนไขของอัลคาลีฟรีและน้ำซึ่งใช้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์ CMC ระดับกลางและระดับต่ำเช่นผงซักฟอกและสารปรับขนาดสิ่งทอรอ ข้อได้เปรียบของวิธีสื่อน้ำคือข้อกำหนดของอุปกรณ์นั้นค่อนข้างง่ายและค่าใช้จ่ายต่ำ ข้อเสียคือเนื่องจากการขาดอาหารของเหลวจำนวนมากความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาจะเพิ่มอุณหภูมิและเร่งความเร็วของปฏิกิริยาด้านข้างส่งผลให้ประสิทธิภาพการเกิดอีเทอร์ไฟต่ำและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ไม่ดี

วิธีตัวทำละลาย; ยังเป็นที่รู้จักกันในชื่อวิธีตัวทำละลายอินทรีย์มันถูกแบ่งออกเป็นวิธีการนวดและวิธีการทำสารละลายตามปริมาณของการเจือจางปฏิกิริยา คุณลักษณะหลักของมันคือปฏิกิริยาอัลคาไลซ์และอีเธอร์ฟิเลชั่นจะดำเนินการภายใต้เงื่อนไขของตัวทำละลายอินทรีย์เป็นตัวกลางปฏิกิริยา (เจือจาง) ของ เช่นเดียวกับกระบวนการทำปฏิกิริยาของวิธีการน้ำวิธีตัวทำละลายยังประกอบด้วยสองขั้นตอนของการทำให้เป็นด่างและ eTherification แต่ตัวกลางปฏิกิริยาของสองขั้นตอนนี้แตกต่างกัน ข้อได้เปรียบของวิธีการทำละลายคือการละเว้นกระบวนการของการแช่อัลคาไลการกดบดและความชราที่มีอยู่ในวิธีการน้ำและการทำให้เป็นด่าง ข้อเสียคือความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิค่อนข้างแย่และความต้องการพื้นที่ค่อนข้างแย่ ค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น