Problemas habituales con los adhesivos para pilas y soluciones
El adhesivo es un componente importante en la lechada de la batería de litio, que une varias partículas para formar una lechada adhesiva, que está estrechamente unida a la lámina metálica.
Además de mantener la integridad estructural, mecánica y eléctrica del electrodo, también desempeña un papel importante en la formación de una capa SEI estable. Este artículo describirá los problemas habituales de los adhesivos para baterías de litio y las soluciones correspondientes.
¿Qué hacer si el purín se asienta?
Razones:
- El tipo de CMC seleccionado no es el adecuado. El grado de sustitución y el peso molecular de la CMC afectarán en cierta medida a la estabilidad de la suspensión. Por ejemplo, la CMC con un bajo grado de sustitución tiene poca hidrofilia y buena humectabilidad para el grafito, pero la capacidad de suspensión de la suspensión es pobre.
- La cantidad de CMC es pequeña y no puede suspender eficazmente el lodo.
- La cantidad de CMC que interviene en el amasado durante el proceso de amasado es excesiva, lo que resulta en una cantidad insuficiente de CMC que queda libre entre las partículas y actúa como suspensión, lo que a menudo conduce a una mala estabilidad de la papilla.
- Una fuerza mecánica elevada y la fluctuación de la acidez y la alcalinidad del purín pueden provocar la desemulsificación del SBR, haciendo que el purín se asiente.
Soluciones:
- Sustituir o combinar con CMC con alto grado de sustitución y gran peso molecular, como la combinación de WSC y CMC2200 en la fórmula de producción en masa. El propio WSC tiene bajo peso molecular y bajo grado de sustitución, y tiene una buena humectabilidad para el grafito y una débil capacidad de suspensión. Después de emparejar CMC2200, la estabilidad de la suspensión se ha mejorado mucho。
- Aumentar la cantidad de CMC es uno de los medios más eficaces para mejorar la estabilidad de la pasta, pero es necesario encontrar un equilibrio entre la capacidad del proceso y el rendimiento a baja temperatura de la pila.
- Reducir la cantidad de CMC para amasar y aumentar el contenido de CMC libre, lo que puede mejorar en cierta medida la estabilidad de la papilla.
- Después de añadir el SBR al sistema de purines, debe reducirse la velocidad de agitación de la rotación.
¿Qué hacer si se obstruye el orificio durante la filtración?
Razones:
- Escasa humectabilidad y nula dispersión de la sustancia activa.
- El SBR no puede filtrarse debido a la demulsificación.
Soluciones:
- Adoptar el proceso de amasado.
- Después de añadir el SBR al sistema de purines, debe reducirse la velocidad de agitación de la rotación para evitar que se produzca la desemulsificación.
¿Qué hacer si la lechada se gelifica?
Razones: Existen dos tipos principales de producción de gel: el gel físico y el gel químico.
Gel físico:
El material activo del cátodo, SP, y el disolvente NMP han absorbido agua, o el contenido de agua en el ambiente supera la norma, lo que formará fácilmente un gel físico. Esto se debe a que las cadenas poliméricas de PVDF se envuelven alrededor de las partículas.
Cuando el contenido de la lechada supera la norma, el movimiento de las cadenas poliméricas se ve obstaculizado, y las cadenas poliméricas se enredan entre sí, lo que reduce la fluidez de la lechada y provoca la gelificación.
Gel químico:
Durante el proceso de preparación de materiales activos con alto contenido en níquel o alcalinos, o durante el proceso estático, es fácil que se produzca una gelificación química. Esto se debe a que el PVDF se encuentra en el entorno de alto pH de la base (como se muestra en la figura siguiente), y la cadena principal del polímero es fácil de eliminar HF para formar un doble enlace.
Al mismo tiempo, la humedad de la pasta o la amina del disolvente atacan el doble enlace para formar un entrecruzamiento. El impacto severo reduce la capacidad de producción y deteriora el rendimiento de la pila. Generalmente, a medida que aumenta la alcalinidad del material activo, la gelificación de la lechada será más grave.
Soluciones:
Gel físico: Puede controlarse controlando estrictamente la humedad de las materias primas y el entorno, y agitando a una velocidad adecuada cuando se almacena la pasta.
Gel químico: Puede controlarse mediante los siguientes métodos:
- Los materiales activos y el carbón conductor deben hornearse antes de la dispersión para eliminar la humedad adsorbida; mejorar la pureza del NMP.
- Controlar estrictamente la humedad ambiental en el proceso de homogeneización.
- Los materiales entrantes reducen el Li libre en la superficie de las partículas NCM, de forma que se reduce la alcalinidad de los materiales NCM.
- Para desarrollar el PVDF antigel, la idea de desarrollo es como se muestra en la figura siguiente, injertar otros grupos para sustituir el H/F en el grupo unitario - CH2-CF2-, para inhibir la reacción continua de-HF en el polímero y reducir la proporción de sitios de reticulación. La mayoría de los grupos injertantes o modificadores utilizados actualmente son monómeros como el éter vinílico, el hexafluoropropileno y el tetrafluoroetileno.
- Desarrollar adhesivos para cátodos que no sean de PVDF, porque los anteriores solución de batería no pueden inhibir completamente la reacción de PVDF de-HF. Si se desarrollan materiales catódicos altamente alcalinos (materiales con alto contenido en níquel, NCA) o se añaden aditivos funcionales (Li2CO3, alcalino), sigue existiendo el riesgo de gelificación de la pasta, por lo que actualmente se están desarrollando adhesivos catódicos no basados en PVDF, con el fin de resolver completamente este problema.
¿Qué hacer con el mal aspecto de la pieza de poste revestida?
Razones:
- La temperatura de transición vítrea del propio adhesivo es alta, lo que da lugar a una temperatura de formación de la película superior a la temperatura de recubrimiento, lo que dificulta el proceso de formación de la película, dando lugar al fenómeno de agrietamiento de la pieza del poste.
- Otra situación se da en los adhesivos solubles en agua. Cuando el adhesivo soluble en agua se solidifica en una película, el adhesivo se contrae severamente, causando que toda la pieza del poste se agriete, como el sistema PAA a base de agua.
Ejemplo: Los polímeros poliacrílicos son duros y poco enrollables. Durante el proceso de producción del electrodo, habrá una gran área de curvatura de la hoja de polo, agrietamiento, por lo que la tasa de producción es muy baja en el recubrimiento y bobinado.
Soluciones:
- Si el aspecto del revestimiento es deficiente porque la temperatura de formación de la película del propio adhesivo es demasiado alta, puede cambiar a otros adhesivos con baja temperatura de formación de la película.
- Para el sistema PAA de base acuosa, se puede utilizar el método de adición de plastificante EC, que tiene una ayuda evidente para mejorar el agrietamiento de la lámina del poste:
| Comprobación de la flexibilidad de la lámina de electrodos mediante el método de la aguja rodante | |||
|---|---|---|---|
| Diámetro | PAA | PAA+IPA | PAA+EC |
| 1 mm | × | △ | ○ |
| 3 mm | × | ○ | ○ |
|
|||
¿Qué hacer con el mal aspecto de la película de polos recubiertos?
Razones:
- Hay fibras insolubles en la CMC, y aparecen burbujas granulares al recubrirla.
- Hay demasiados emulsionantes en los SBR, y el emulsionante en realidad desempeña el papel de un tensioactivo, que equilibra la tensión superficial de la burbuja y hace que ésta sea imposible de eliminar.
Soluciones:
- Seleccione CMC con menos materia insoluble, como MAC500 en lugar de CMC2200 en la fórmula de producción en masa de EV.
- Reducir la cantidad de emulsionante SBR
¿Qué hacer con la mala adherencia de la lámina para postes?
Razón: Cuando el grado de reticulación del polímero es bajo, la resistencia del adhesivo al electrolito será pobre.
Solución: Al aumentar los puntos de reticulación entre los segmentos poliméricos, se puede mejorar la resistencia del adhesivo a la inmersión en electrolitos.
Ejemplo: El adhesivo JZ-1 no se encontró en el proceso de prensado en frío del revestimiento, pero después del llenado completo, el lado único del ánodo era más grave, como se muestra en la figura siguiente.
Aumentando el grado de reticulación del polímero, se desarrolló el adhesivo JZ-1B para reducir el hinchamiento del polímero en el electrolito, y tras la verificación en la muestra de batería, se comprobó que el fenómeno de defilm del chip de polo mejoraba considerablemente.
¿Qué hacer con el gas de la batería a alta temperatura?
Razón: Cuando hay muchos grupos funcionales polares en el batería de polímero de litio molécula, el polímero es más fácil de absorber agua, y el agua reaccionará con los iones de litio en el almacenamiento a alta temperatura para producir hidrógeno.
Solución: Mediante el control de la humedad en la célula, o a través de un proceso de formación de alto SOC.
Ejemplo: Cuando SD-3 se almacena en 85℃, la célula de la batería es fácil de producir gas, lo que resulta en. batería hinchada. Mediante el control de la humedad de la célula por debajo de 100 ppm, y la formación de alto SOC, el problema de almacenamiento a alta temperatura se ha mejorado significativamente.
¿Qué hacer si el ciclo de la batería decae demasiado rápido a alta temperatura?
Razones:
- El adhesivo se hincha a alta temperatura, lo que provoca la destrucción de la red conductora continua entre las partículas.
- La estabilidad del adhesivo es mala a alta temperatura, y es fácil que se disuelva o reaccione con el Li.
- Después de la inmersión en el electrolito a alta temperatura, la resistencia del adhesivo se reduce, y el agrietamiento del polvo del material activo no se puede inhibir eficazmente durante el ciclo.
Soluciones:
- Seleccionar o utilizar un adhesivo con alta Tg, reducir adecuadamente su afinidad con el electrolito y reducir su daño por hinchamiento a altas temperaturas.
- Para materiales de ánodo de silicio con gran expansión cíclica, elija adhesivo de alto módulo, como PA/PI/PAI, para inhibir o reducir eficazmente la fractura y pulverización de las partículas de silicio durante el ciclo.
¿Qué hacer si la pila se deforma con facilidad?
Razón: Cuando el polímero es duro, causará una gran tensión interna en la lámina del electrodo, y debido a la liberación de la tensión interna durante el proceso de carga y descarga, provocará la distorsión de la lámina del electrodo, y finalmente conducirá a la deformación de la batería.
Solución: Añadir plastificante para reducir la tensión interna de la chapa del poste.
Ejemplo: El aglutinante BI-4 muestra un excelente rendimiento dinámico cuando se utiliza en CE, pero la deformación de la batería es grave.
Para mejorar la deformación de la pila, se añade aditivo EC 2wt% cuando se agita la pasta, el EC es un plastificante de molécula pequeña, que puede volatilizarse completamente durante el proceso de secado del electrodo, por lo que no tiene un impacto evidente en el rendimiento eléctrico de la pila, lo que mejora en gran medida el problema de la deformación de la pila.
