Problèmes courants liés aux adhésifs pour batteries et solutions
L'adhésif est un composant important de la suspension des piles au lithium, qui lie diverses particules entre elles pour former une suspension adhésive, qui est étroitement liée à la feuille métallique.
Outre le maintien de l'intégrité structurelle, mécanique et électrique de l'électrode, il joue également un rôle important dans la formation d'une couche SEI stable. Cet article décrit les problèmes courants des adhésifs pour batteries au lithium et les solutions correspondantes.
Que faire si le lisier se dépose ?
Raisons :
- Le type de CMC choisi n'est pas approprié. Le degré de substitution et le poids moléculaire de la CMC affectent dans une certaine mesure la stabilité de la suspension. Par exemple, la CMC avec un faible degré de substitution a une faible hydrophilie et une bonne mouillabilité au graphite, mais la capacité de suspension de la suspension est faible.
- La quantité de CMC est faible et ne permet pas de suspendre efficacement la suspension.
- La quantité de CMC impliquée dans le malaxage pendant le processus de malaxage est trop importante, ce qui entraîne une quantité insuffisante de CMC libre entre les particules et agissant comme une suspension, ce qui conduit souvent à une mauvaise stabilité de la suspension.
- Une force mécanique élevée et la fluctuation de l'acidité et de l'alcalinité de la boue peuvent entraîner la désémulsification du SBR, ce qui provoque la décantation de la boue.
Solutions :
- Remplacer ou associer à la CMC un degré de substitution élevé et un poids moléculaire important, comme la combinaison de WSC et de CMC2200 dans la formule de production de masse. La CSM elle-même a un faible poids moléculaire et un faible degré de substitution ; elle a une bonne mouillabilité au graphite et une faible capacité de suspension. Après avoir associé le CMC2200, la stabilité de la suspension a été grandement améliorée。
- L'augmentation de la quantité de CMC est l'un des moyens les plus efficaces pour améliorer la stabilité de la boue, mais il est nécessaire de trouver un équilibre entre la capacité du processus et la performance à basse température de la batterie.
- Réduire la quantité de CMC pour le pétrissage et augmenter la teneur en CMC libre, ce qui peut améliorer la stabilité de la suspension dans une certaine mesure.
- Après l'ajout du SBR au système de lisier, la vitesse d'agitation de la rotation doit être réduite.
Que faire si l'orifice est bloqué pendant la filtration ?
Raisons :
- Mauvaise mouillabilité et absence de dispersion de la substance active.
- Le SBR ne peut pas être filtré en raison de la démulsification.
Solutions :
- Adopter le processus de pétrissage.
- Après l'ajout du SBR au système de lisier, la vitesse de rotation de l'agitation doit être réduite pour éviter l'apparition d'une désémulsification.
Que faire si le coulis se gélifie ?
Raisons : Il existe deux principaux types de production de gel : le gel physique et le gel chimique.
Gel physique :
Le matériau actif de la cathode, le SP, et le solvant NMP ont absorbé de l'eau, ou la teneur en eau de l'environnement dépasse la norme, ce qui permet de former facilement un gel physique. Ceci est dû au fait que les chaînes de polymère du PVDF sont enroulées autour des particules.
Lorsque la teneur de la suspension dépasse la norme, le mouvement des chaînes de polymères est entravé et les chaînes de polymères sont enchevêtrées les unes dans les autres, ce qui réduit la fluidité de la suspension et provoque une gélification.
Gel chimique :
Au cours du processus de préparation des matériaux actifs à forte teneur en nickel ou en alcaline, ou au cours du processus statique, la gélification chimique est facile à produire. En effet, le PVDF se trouve dans l'environnement à pH élevé de la base (comme le montre la figure ci-dessous), et la chaîne principale du polymère peut facilement éliminer le HF pour former une double liaison.
Dans le même temps, l'humidité de la suspension ou l'amine du solvant attaque la double liaison pour former une réticulation. L'impact sévère réduit la capacité de production et détériore les performances de la batterie. En général, plus l'alcalinité de la matière active augmente, plus la gélification de la suspension est importante.
Solutions :
Gel physique : Elle peut être maîtrisée en contrôlant strictement l'humidité des matières premières et de l'environnement, et en agitant à une vitesse appropriée lorsque la boue est stockée.
Gel chimique : Il peut être contrôlé par les méthodes suivantes :
- Les matériaux actifs et le carbone conducteur doivent être cuits avant d'être dispersés afin d'éliminer l'humidité adsorbée et d'améliorer la pureté du NMP.
- Contrôler strictement l'humidité ambiante dans le processus d'homogénéisation.
- Les matériaux entrants réduisent le Li libre à la surface des particules de NCM, de manière à réduire l'alcalinité des matériaux NCM.
- Pour développer le PVDF anti-gel, l'idée de développement est, comme le montre la figure ci-dessous, de greffer d'autres groupes pour remplacer le HF dans le groupe unitaire - CH2-CF2-, afin d'inhiber la réaction continue de dé-HF dans le polymère et de réduire la proportion de sites de réticulation. La plupart des groupes de greffage ou de modification actuellement utilisés sont des monomères tels que l'éther vinylique, l'hexafluoropropylène et le tétrafluoroéthylène.
- Développer des adhésifs cathodiques autres que le PVDF, parce que les adhésifs susmentionnés ne peuvent pas être utilisés pour la fabrication de cathodes. solution de batterie ne peut pas inhiber complètement la réaction PVDF de-HF. Si l'on développe des matériaux cathodiques hautement alcalins (matériaux à forte teneur en nickel, NCA) ou si l'on ajoute des additifs fonctionnels (Li2CO3, alcalin), il existe toujours un risque de gélification de la boue, c'est pourquoi des adhésifs cathodiques sans PVDF sont actuellement développés afin de résoudre complètement ce problème.
Que faire en cas d'aspect médiocre de la pièce de poteau revêtue ?
Raisons :
- La température de transition vitreuse de l'adhésif lui-même est élevée, ce qui entraîne une température de formation du film supérieure à la température du revêtement, ce qui rend le processus de formation du film difficile et entraîne le phénomène de fissuration de la pièce polaire.
- Les adhésifs solubles dans l'eau présentent une autre situation. Lorsque l'adhésif hydrosoluble se solidifie en un film, il se rétracte fortement, ce qui entraîne la fissuration de l'ensemble du poteau, comme dans le cas du système PAA à base d'eau.
Exemple : Les polymères polyacryliques sont durs et se prêtent mal à l'enroulement. Au cours du processus de production de l'électrode, une grande partie de la feuille de pôle se recourbe et se fissure, de sorte que le taux de production est très faible pour l'enrobage et l'enroulement.
Solutions :
- Si l'aspect du revêtement est médiocre parce que la température de formation du film de l'adhésif est trop élevée, il est possible d'utiliser d'autres adhésifs dont la température de formation du film est plus basse.
- Pour le système PAA à base d'eau, la méthode d'ajout de plastifiant EC peut être utilisée, ce qui contribue manifestement à améliorer la fissuration de la feuille de poteau :
| Test de flexibilité de la feuille d'électrode par la méthode de l'aiguille roulante | |||
|---|---|---|---|
| Diamètre | AAP | AAP+API | AAP+CE |
| 1mm | × | △ | ○ |
| 3mm | × | ○ | ○ |
|
|||
Que faire en cas d'aspect médiocre de la pellicule des poteaux enduits ?
Raisons :
- La CMC contient des fibres insolubles et des bulles granuleuses apparaissent lors de l'enrobage.
- Il y a trop d'émulsifiants dans le SBR, et l'émulsifiant joue en fait le rôle d'un surfactant, qui équilibre la tension superficielle de la bulle et rend la bulle impossible à enlever.
Solutions :
- Choisir une CMC contenant moins de matières insolubles, par exemple MAC500 au lieu de CMC2200 dans la formule de production de masse de l'EV.
- Réduire la quantité d'émulsifiant SBR
Que faire en cas de mauvaise adhérence de la feuille de poteau ?
Raison : Lorsque le degré de réticulation du polymère est faible, la résistance de l'adhésif à l'électrolyte est médiocre.
Solution : En augmentant les points de réticulation entre les segments de polymère, la résistance de l'adhésif à l'immersion dans l'électrolyte peut être améliorée.
Exemple : L'adhésif JZ-1 n'a pas été trouvé dans le processus de pressage à froid du revêtement, mais après le remplissage complet, le côté unique de l'anode était plus grave, comme le montre la figure ci-dessous.
En augmentant le degré de réticulation du polymère, l'adhésif JZ-1B a été développé pour réduire le gonflement du polymère dans l'électrolyte, et après vérification dans l'échantillon de batterie, il a été constaté que le phénomène de défilmage de la puce de pôle était grandement amélioré.
Que faire du gaz de batterie à haute température ?
Raison : Lorsqu'il y a de nombreux groupes fonctionnels polaires dans le batterie lithium-polymère le polymère absorbe plus facilement l'eau, et l'eau réagit avec les ions lithium lors du stockage à haute température pour produire de l'hydrogène.
Solution : En contrôlant l'humidité dans la cellule, ou par le biais d'un processus de formation de SOC élevé.
Exemple : Lorsque SD-3 est stocké à 85℃, la cellule de la batterie produit facilement du gaz, ce qui se traduit par batterie gonflée. Le contrôle de l'humidité des cellules en dessous de 100 ppm et la formation d'un SOC élevé ont permis d'améliorer considérablement le problème du stockage à haute température.
Que faire si le cycle de la batterie se dégrade trop rapidement à haute température ?
Raisons :
- Le gonflement de l'adhésif à haute température entraîne la destruction du réseau conducteur continu entre les particules.
- La stabilité de l'adhésif est médiocre à haute température et il est facile de le dissoudre ou de le faire réagir avec le Li.
- Après trempage dans l'électrolyte à haute température, la résistance de l'adhésif est réduite et la fissuration de la poudre du matériau actif ne peut pas être efficacement inhibée pendant le cycle.
Solutions :
- Sélectionner ou utiliser un adhésif à haute Tg, réduire de manière appropriée son affinité avec l'électrolyte et réduire les dommages causés par le gonflement à des températures élevées.
- Pour les matériaux d'anode en silicium présentant une expansion cyclique importante, choisissez un adhésif à module élevé, tel que le PA/PI/PAI, afin d'inhiber ou de réduire efficacement la fracture et la pulvérisation des particules de silicium pendant le cycle.
Que faire si la batterie se déforme facilement ?
Raison : Lorsque le polymère est dur, il provoque une importante contrainte interne dans la feuille d'électrode et, en raison de la libération de la contrainte interne au cours du processus de charge et de décharge, il entraîne la déformation de la feuille d'électrode et, en fin de compte, la déformation de la batterie.
Solution : Ajouter un plastifiant pour réduire la tension interne de la feuille de poteau.
Exemple : Le liant BI-4 présente d'excellentes performances dynamiques lorsqu'il est utilisé dans le CE, mais la déformation de la batterie est importante.
Afin d'améliorer la déformation de la batterie, l'additif EC 2wt% est ajouté lorsque la boue est agitée. L'EC est un plastifiant à petites molécules qui peut être complètement volatilisé pendant le processus de séchage de l'électrode, de sorte qu'il n'a pas d'impact évident sur la performance électrique de la cellule, ce qui améliore grandement le problème de la déformation de la cellule.
