鉅大LARGE | 點擊量：7414次 | 2020年05月13日
電池綜合性能提升 CMC粘結(jié)劑在電池中的應(yīng)用
導(dǎo)讀：近期，我國電池聯(lián)盟圍繞CMC工藝技術(shù)進(jìn)行了深度梳理與系列報道，重要聚焦于CMC粘結(jié)劑用途與應(yīng)用、鋰離子電池漿料穩(wěn)定性與極片制造、電池能量密度關(guān)聯(lián)度等話題。
（來源：公眾號“電池聯(lián)盟”ID：zgcbcu作者：電池聯(lián)盟）
縱觀我國新能源行業(yè)發(fā)展之路，國家政策從最初以保護(hù)扶持為主，到現(xiàn)在的鼓勵開放競爭。隨著產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展逐漸成熟，行業(yè)已脫離了相對粗放的發(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，實現(xiàn)有效降本。
近期，我國電池聯(lián)盟圍繞CMC工藝技術(shù)進(jìn)行了深度梳理，以下為專題報道系列核心內(nèi)容：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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，是整個電極的力學(xué)性能的重要來源，對電極的生產(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)劑重要有三大類：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）和聚丙烯酸酯作為重要成分的水性粘結(jié)劑也占有一定市場。
CMC產(chǎn)品作為水性體系負(fù)極材料的重要粘合劑，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，被國內(nèi)外電池制造公司廣泛采用。
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)出現(xiàn)氫鍵或共價鍵用途力，能增強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，對電池內(nèi)阻也有明顯的降低用途，將對電池電化學(xué)性能提升起到重要的影響。
鋰離子電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜，可分為前、中、后三個階段。前端極片制作重要包括包括正/負(fù)極配料、涂布、輥壓、分切、制片等工序；中端電芯制作重要包括卷繞或疊片、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。在鋰離子電池生產(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、溶劑對金屬電極沒有粘附性，無法做成極片用于制備鋰離子電池。好的粘結(jié)劑不僅有利于電池能量密度的提高，關(guān)于電池內(nèi)阻也有明顯的降低用途，對電池的電化學(xué)性能也具有重要的影響。
04
“技術(shù)決定論”之下，鋰離子電池漿料穩(wěn)定性重要幾何？
極片制造工藝是鋰離子電池生產(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，重要包括干粉混合、半干泥狀捏合，以及稀釋分散。
在原材料被逐漸混勻、被溶劑潤濕、大塊物料破裂和逐漸趨于穩(wěn)定等階段中，會出現(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，就會導(dǎo)致大顆粒的出現(xiàn)。解決這些問題，就要選擇粘接劑。
目前，很多公司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)劑要更長的時間來進(jìn)行溶解，否則在后期會出現(xiàn)溶脹、回彈、粘度變化等。
電極漿料要具有穩(wěn)定且恰當(dāng)?shù)恼扯龋绊憹{料粘度的因素重要有攪拌漿料的轉(zhuǎn)速、時間控制、配料順序、環(huán)境溫濕度等
