Anwendung von CMC-Bindemitteln in Batterien

Als Hauptbindemittel wasserbasierter negativer Elektrodenmaterialien werden CMC-Produkte häufig von in- und ausländischen Batterieherstellern verwendet. Durch die optimale Menge an Bindemittel können eine relativ große Batteriekapazität, eine lange Lebensdauer und ein relativ geringer Innenwiderstand erzielt werden.

Bindemittel ist einer der wichtigen Hilfsfunktionsstoffe in Lithium-Ionen-Batterien. Es ist die Hauptquelle für die mechanischen Eigenschaften der gesamten Elektrode und hat einen wichtigen Einfluss auf den Produktionsprozess der Elektrode und die elektrochemische Leistung der Batterie. Der Binder selbst hat keine Kapazität und nimmt in der Batterie nur einen sehr geringen Anteil ein.

Zusätzlich zu den Hafteigenschaften allgemeiner Bindemittel müssen Bindemittelmaterialien für Lithium-Ionen-Batterieelektroden auch dem Quellen und der Korrosion des Elektrolyten sowie der elektrochemischen Korrosion während des Ladens und Entladens standhalten. Es bleibt im Arbeitsspannungsbereich stabil, daher gibt es nicht viele Polymermaterialien, die als Elektrodenbinder für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können.

Derzeit werden hauptsächlich drei Arten von Bindemitteln für Lithium-Ionen-Batterien verwendet: Polyvinylidenfluorid (PVDF), Styrol-Butadien-Kautschuk-Emulsion (SBR) und Carboxymethylcellulose (CMC). Darüber hinaus besetzen auch Polyacrylsäure (PAA), wasserbasierte Bindemittel mit Polyacrylnitril (PAN) und Polyacrylat als Hauptbestandteile einen gewissen Markt.

Vier Merkmale von CMC auf Batterieebene

Aufgrund der schlechten Wasserlöslichkeit der Säurestruktur von Carboxymethylcellulose ist CMC ein sehr weit verbreitetes Material in der Batterieproduktion, um es besser einsetzen zu können.

Als Hauptbindemittel wasserbasierter negativer Elektrodenmaterialien werden CMC-Produkte häufig von in- und ausländischen Batterieherstellern verwendet. Durch die optimale Menge an Bindemittel können eine relativ große Batteriekapazität, eine lange Lebensdauer und ein relativ geringer Innenwiderstand erzielt werden.

Die vier Merkmale von CMC sind:

Erstens kann CMC das Produkt hydrophil und löslich machen, vollständig wasserlöslich, ohne freie Fasern und Verunreinigungen.

Zweitens ist der Substitutionsgrad gleichmäßig und die Viskosität stabil, was für eine stabile Viskosität und Haftung sorgen kann.

Drittens: Herstellung hochreiner Produkte mit niedrigem Metallionengehalt.

Viertens ist das Produkt gut mit SBR-Latex und anderen Materialien kompatibel.

Die in der Batterie verwendete CMC-Natriumcarboxymethylcellulose hat ihre Nutzungswirkung qualitativ verbessert und sorgt gleichzeitig für eine gute Nutzungsleistung bei aktueller Nutzungswirkung.

Die Rolle von CMC in Batterien

CMC ist ein carboxymethyliertes Cellulosederivat, das üblicherweise durch Reaktion natürlicher Cellulose mit Ätzalkali und Monochloressigsäure hergestellt wird und dessen Molekulargewicht im Bereich von Tausenden bis Millionen liegt.

CMC ist ein weißes bis hellgelbes Pulver, eine körnige oder faserige Substanz, die stark hygroskopisch ist und in Wasser leicht löslich ist. Im neutralen oder alkalischen Zustand ist die Lösung eine hochviskose Flüssigkeit. Wenn es über einen längeren Zeitraum auf über 80 °C erhitzt wird, nimmt die Viskosität ab und es wird wasserunlöslich. Beim Erhitzen auf 190–205 °C wird es braun und beim Erhitzen auf 235–248 °C verkohlt es.

Da CMC die Funktionen Verdickung, Bindung, Wasserretention, Emulgierung und Suspension in wässriger Lösung hat, wird es häufig in den Bereichen Keramik, Lebensmittel, Kosmetik, Druck und Färberei, Papierherstellung, Textilien, Beschichtungen, Klebstoffe und Medizin, Hoch- Endkeramik und Lithiumbatterien Das Feld macht etwa 7 % aus, allgemein bekannt als „industrielles Mononatriumglutamat“.

SpeziellCMCim AkkuDie Funktionen von CMC sind: Dispergieren des aktiven Materials der negativen Elektrode und des leitfähigen Mittels; Verdickungs- und Antisedimentationseffekt auf die negative Elektrodenaufschlämmung; Unterstützung der Bindung; Stabilisierung der Verarbeitungsleistung der Elektrode und Unterstützung bei der Verbesserung der Batteriezyklusleistung; Verbessern Sie die Schälfestigkeit des Polstücks usw.

CMC-Leistung und -Auswahl

Die Zugabe von CMC bei der Herstellung der Elektrodenaufschlämmung kann die Viskosität der Aufschlämmung erhöhen und ein Absetzen der Aufschlämmung verhindern. CMC zersetzt Natriumionen und -anionen in wässriger Lösung, und die Viskosität des CMC-Klebers nimmt mit steigender Temperatur ab, da er leicht Feuchtigkeit aufnimmt und eine schlechte Elastizität aufweist.

CMC kann eine sehr gute Rolle bei der Dispersion von Negativelektrodengraphit spielen. Wenn die Menge an CMC zunimmt, haften seine Zersetzungsprodukte an der Oberfläche der Graphitpartikel und die Graphitpartikel stoßen sich aufgrund der elektrostatischen Kraft gegenseitig ab, wodurch ein guter Dispersionseffekt erzielt wird.

Der offensichtliche Nachteil von CMC besteht darin, dass es relativ spröde ist. Wenn ausschließlich CMC als Bindemittel verwendet wird, kollabiert die negative Graphitelektrode während des Press- und Schneidvorgangs des Polstücks, was zu einem erheblichen Pulververlust führt. Gleichzeitig wird CMC stark vom Verhältnis der Elektrodenmaterialien und des pH-Werts beeinflusst, und die Elektrodenfolie kann beim Laden und Entladen reißen, was sich direkt auf die Sicherheit der Batterie auswirkt.

Ursprünglich wurden als Bindemittel zum Rühren der negativen Elektrode PVDF und andere ölbasierte Bindemittel verwendet. Unter Berücksichtigung des Umweltschutzes und anderer Faktoren hat sich jedoch die Verwendung wasserbasierter Bindemittel für negative Elektroden durchgesetzt.

Den perfekten Binder gibt es nicht. Versuchen Sie, einen Binder zu wählen, der die physikalischen Verarbeitungs- und elektrochemischen Anforderungen erfüllt. Mit der Entwicklung der Lithiumbatterietechnologie sowie Kosten- und Umweltschutzproblemen werden Bindemittel auf Wasserbasis letztendlich Bindemittel auf Ölbasis ersetzen.

CMC zwei große Herstellungsprozesse

Je nach Veretherungsmedium kann die industrielle Produktion von CMC in zwei Kategorien unterteilt werden: wasserbasierte Methode und lösungsmittelbasierte Methode. Die Methode, bei der Wasser als Reaktionsmedium verwendet wird, wird als Wassermedium-Methode bezeichnet und dient zur Herstellung von alkalischem Medium und minderwertigem CMC. Die Methode, organisches Lösungsmittel als Reaktionsmedium zu verwenden, wird als Lösungsmittelmethode bezeichnet und eignet sich für die Herstellung von CMC mittlerer und hoher Qualität. Diese beiden Reaktionen werden in einem Kneter durchgeführt, der zum Knetprozess gehört und derzeit die Hauptmethode zur Herstellung von CMC darstellt.

Wasser-Medium-Methode: Ein früherer industrieller Produktionsprozess. Die Methode besteht darin, Alkalizellulose und Veretherungsmittel unter den Bedingungen von freiem Alkali und Wasser zu reagieren, das zur Herstellung von CMC-Produkten mittlerer und geringer Qualität wie Waschmitteln und Textilschlichtemitteln verwendet wird . Der Vorteil der Wasser-Medium-Methode besteht darin, dass die Ausrüstungsanforderungen relativ einfach und die Kosten niedrig sind; Der Nachteil besteht darin, dass aufgrund des Fehlens einer großen Menge an flüssigem Medium die durch die Reaktion erzeugte Wärme die Temperatur erhöht und die Geschwindigkeit von Nebenreaktionen beschleunigt, was zu einer geringen Veretherungseffizienz und einer schlechten Produktqualität führt.

Lösungsmittelmethode; Auch bekannt als organisches Lösungsmittelverfahren, wird es entsprechend der Menge des Reaktionsverdünnungsmittels in ein Knetverfahren und ein Aufschlämmungsverfahren unterteilt. Sein Hauptmerkmal besteht darin, dass die Alkalisierungs- und Veretherungsreaktionen unter der Bedingung eines organischen Lösungsmittels als Reaktionsmedium (Verdünnungsmittel) durchgeführt werden. Wie der Reaktionsprozess der Wassermethode besteht auch die Lösungsmittelmethode aus zwei Stufen der Alkalisierung und Veretherung, das Reaktionsmedium dieser beiden Stufen ist jedoch unterschiedlich. Der Vorteil der Lösungsmittelmethode besteht darin, dass die mit der Wassermethode verbundenen Prozesse des Einweichens, Pressens, Zerkleinerns und Alterns von Alkali entfallen und die Alkalisierung und Veretherung alle im Kneter durchgeführt werden. Der Nachteil besteht darin, dass die Temperaturkontrollierbarkeit relativ schlecht ist und der Platzbedarf relativ gering ist. ,höhere Kosten.