鉅大LARGE | 點擊量：2421次 | 2018年11月23日
電池負極混料異常分析
今天，分享一次在實驗室實際試驗工作中的混料異常以及最終的解決措施，以下具體問題的分析和總結不對的地方，歡迎大家批評指正，并分享思路和想法。
首先，簡單介紹下實驗室基本情況。本人所在實驗室使用傳統的雙行星攪拌機，有效容積為10L，漿料制備完成后，測量粘度，然后用150目篩子手動過濾漿料，使用逗號輥轉移涂布機進行涂布。
石墨負極漿料制備基本過程為：
（1）首先采用雙行星攪拌機將CMC高速分散溶解在去離子水中，CMC濃度約1.5%，溶解時間大概3-4h。
（2）在已經制備的膠液中加入導電劑，開啟攪拌，先慢速后高速，時間約30-60min。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
（3）負極材料分兩次加入，先慢速攪拌15min，刮邊后，持續攪拌2-3h
（4）加入適量的水稀釋漿料，粘度調節到2000-5000cP。
（5）加入SBR溶液，攪拌1-2h，后慢速攪拌真空脫泡。
我們之前使用JSR（日本合成橡膠公司）的TRD2001型SBR粘結劑，廠家推薦應用于D50大于15um的鋰離子電池，JSR廠家說明的SBR特征為：（1）通過表面官能團的控制優化了SBR表面性能，提高了在電解液中的穩定性和在漿料中的穩定性；（2）通過復合技術，增強了活性物質與基材之間的粘結性；（3）通過良好的顆粒粒徑控制技術，增加了活性物質之間的點接觸并增強了活性物質之間的粘結性；（4）通過良好的高彈性控制技術，使SBR能夠滿足更多次充放電過程中的膨脹收縮。按照以上所述攪拌工藝制備漿料。
后來，更換了國內某家的SBR之后，仍舊按照該工藝進行漿料攪拌，漿料出現了問題：漿料特別容易沉降，在過濾時很快堵塞篩網，根本無法過濾，鍋底明顯存在結團硬塊，如圖1所示。第一次漿料粘度5000cP出現這種情況，后續幾次加水稀釋將漿料粘度調節至2000cP，問題仍舊存在。
經過系列實驗和分析，攪拌工藝調整如下：加入SBR溶液后，攪拌時間由1-2h延長至3h以上，其他條件和步驟完全沒有改變。沉降結團問題解決，正常漿料如圖2所示，此時漿料不存在結團硬塊，也能夠順利過濾。
補充知識點：
（1）CMC-Na是一種線性高分子離子型纖維素醚，全名叫羧甲基纖維素鈉，在CMC分子上既含有未經過羧基改性的疏水主鏈，又含有經過羧基改性的親水主鏈，在一定濃度的水性石墨負極漿料中，CMC中疏水性的主鏈通過吸附包覆在石墨、導電劑等表面疏水性的顆粒表面，吸附的CMC分子之間的相互斥力使石墨顆粒分散均勻；同時親水性又能使其懸浮在水溶液中，起到分散和穩定作用。CMC產品水溶液的溶解性、黏度及與石墨的親和性受其分子量、取代度濃度及pH等參數影響。其中分子量和取代度等結構參數決定了石墨顆粒表面上CMC的吸附量。分子量較大、取代度較高的CMC具有較高的黏度和好的溶解性，更容易吸附和完全包覆在石墨顆粒表面，從而使負極漿料具有較好的穩定性和涂布特性。
（2）SBR是一種丁苯膠乳，水性粘結劑，SBR是一種是一個親水性和親油性共存的物質。水性基團與箔材表面基團結合形成粘結力，有利于分散性和漿料穩定性；油性鏈段與負極石墨相結合形成粘結力，從而達到粘結的效果
（3）目前，在商業化的鋰離子電池生產中，負極普遍使用羧甲基纖維素鈉（CMC）和丁苯橡膠（SBR）等水溶性黏結劑。sbr沒有分散功能，單獨使用sbr作為粘接劑，因為很難制備漿料，同時太多的sbr也會使得極片在電解液中溶脹。使用CMC的一個作用就是作為分散劑，分散石墨和導電添加劑。CMC在水中會形成凝膠，使得漿料變稠，既能保水份又能穩定漿料；CMC粘結性差，并且是剛性材料，單獨使用時輥壓后特別容易斷裂掉粉。而引入SBR，其本身是柔性材料，具有較好的粘接性能，高壓實下極片更不容易掉粉，極片粘接強度也高。
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