En tant que liant principal des matériaux d'électrodes négatives à base d'eau, les produits CMC sont largement utilisés par les fabricants de batteries nationaux et étrangers. La quantité optimale de liant permet d'obtenir une capacité de batterie relativement importante, une longue durée de vie et une résistance interne relativement faible.
Le liant est l’un des matériaux fonctionnels auxiliaires importants dans les batteries lithium-ion. C'est la principale source des propriétés mécaniques de l'ensemble de l'électrode et a un impact important sur le processus de production de l'électrode et les performances électrochimiques de la batterie. Le classeur lui-même n’a aucune capacité et occupe une très faible proportion dans la batterie.
En plus des propriétés adhésives des liants généraux, les matériaux liants pour électrodes de batteries lithium-ion doivent également être capables de résister au gonflement et à la corrosion de l'électrolyte, ainsi que de résister à la corrosion électrochimique pendant la charge et la décharge. Il reste stable dans la plage de tension de fonctionnement, il n'existe donc pas beaucoup de matériaux polymères pouvant être utilisés comme liants d'électrodes pour les batteries lithium-ion.
Il existe trois principaux types de liants pour batteries lithium-ion qui sont actuellement largement utilisés : le fluorure de polyvinylidène (PVDF), l'émulsion de caoutchouc styrène-butadiène (SBR) et la carboxyméthylcellulose (CMC). De plus, l'acide polyacrylique (PAA), les liants à base d'eau avec du polyacrylonitrile (PAN) et du polyacrylate comme composants principaux occupent également un certain marché.
Quatre caractéristiques du CMC au niveau de la batterie
En raison de la faible solubilité dans l’eau de la structure acide de la carboxyméthylcellulose, afin de mieux l’appliquer, la CMC est un matériau très largement utilisé dans la production de batteries.
En tant que liant principal des matériaux d'électrodes négatives à base d'eau, les produits CMC sont largement utilisés par les fabricants de batteries nationaux et étrangers. La quantité optimale de liant permet d'obtenir une capacité de batterie relativement importante, une longue durée de vie et une résistance interne relativement faible.
Les quatre caractéristiques du CMC sont :
Premièrement, la CMC peut rendre le produit hydrophile et soluble, complètement soluble dans l'eau, sans fibres libres ni impuretés.
Deuxièmement, le degré de substitution est uniforme et la viscosité est stable, ce qui peut fournir une viscosité et une adhérence stables.
Troisièmement, produire des produits de haute pureté à faible teneur en ions métalliques.
Quatrièmement, le produit présente une bonne compatibilité avec le latex SBR et d’autres matériaux.
La carboxyméthylcellulose de sodium CMC utilisée dans la batterie a amélioré qualitativement son effet d'utilisation et lui confère en même temps de bonnes performances d'utilisation, avec l'effet d'utilisation actuel.
Le rôle du CMC dans les batteries
La CMC est un dérivé carboxyméthylé de la cellulose, qui est généralement préparé en faisant réagir de la cellulose naturelle avec un alcali caustique et de l'acide monochloroacétique, et son poids moléculaire varie de plusieurs milliers à plusieurs millions.
La CMC est une poudre blanche à jaune clair, une substance granulaire ou fibreuse, qui présente une forte hygroscopique et est facilement soluble dans l'eau. Lorsqu'elle est neutre ou alcaline, la solution est un liquide à haute viscosité. S'il est chauffé au-dessus de 80 ℃ pendant une longue période, la viscosité diminuera et il sera insoluble dans l'eau. Il brunit lorsqu'il est chauffé à 190-205°C et carbonise lorsqu'il est chauffé à 235-248°C.
Parce que la CMC a les fonctions d'épaississement, de liaison, de rétention d'eau, d'émulsification et de suspension en solution aqueuse, elle est largement utilisée dans les domaines de la céramique, de l'alimentation, des cosmétiques, de l'impression et de la teinture, de la fabrication du papier, des textiles, des revêtements, des adhésifs et de la médecine, et enfin les céramiques et les batteries au lithium. Le gisement représente environ 7 %, communément appelé « glutamate monosodique industriel ».
SpécifiquementCMCen batterie, les fonctions du CMC sont les suivantes : disperser le matériau actif de l'électrode négative et l'agent conducteur ; effet épaississant et anti-sédimentation sur la boue d'électrode négative ; aider à créer des liens; stabiliser les performances de traitement de l'électrode et contribuer à améliorer les performances du cycle de la batterie ; améliorer la résistance au pelage de la pièce polaire, etc.
Performance et sélection du CMC
L'ajout de CMC lors de la fabrication de la suspension d'électrode peut augmenter la viscosité de la suspension et empêcher la suspension de se déposer. La CMC décomposera les ions et les anions sodium en solution aqueuse, et la viscosité de la colle CMC diminuera avec l'augmentation de la température, ce qui est facile à absorber l'humidité et a une faible élasticité.
La CMC peut jouer un très bon rôle dans la dispersion du graphite d'électrode négative. À mesure que la quantité de CMC augmente, ses produits de décomposition adhéreront à la surface des particules de graphite et les particules de graphite se repousseront en raison de la force électrostatique, obtenant ainsi un bon effet de dispersion.
L’inconvénient évident du CMC est qu’il est relativement fragile. Si tout le CMC est utilisé comme liant, l'électrode négative en graphite s'effondrera pendant le processus de pressage et de découpe de la pièce polaire, ce qui entraînera une grave perte de poudre. Dans le même temps, le CMC est grandement affecté par le rapport entre les matériaux d'électrode et la valeur du pH, et la feuille d'électrode peut se fissurer pendant la charge et la décharge, ce qui affecte directement la sécurité de la batterie.
Initialement, le liant utilisé pour l'agitation des électrodes négatives était du PVDF et d'autres liants à base d'huile, mais compte tenu de la protection de l'environnement et d'autres facteurs, il est devenu courant d'utiliser des liants à base d'eau pour les électrodes négatives.
Le liant parfait n’existe pas, essayez de choisir un liant qui répond aux exigences de transformation physique et électrochimique. Avec le développement de la technologie des batteries au lithium, ainsi que les problèmes de coût et de protection de l’environnement, les liants à base d’eau finiront par remplacer les liants à base de pétrole.
CMC deux procédés de fabrication majeurs
Selon différents supports d'éthérification, la production industrielle de CMC peut être divisée en deux catégories : la méthode à base d'eau et la méthode à base de solvant. La méthode utilisant l'eau comme milieu réactionnel est appelée méthode au milieu aqueux, qui est utilisée pour produire du CMC moyen alcalin et de faible qualité. La méthode d'utilisation d'un solvant organique comme milieu réactionnel est appelée méthode au solvant, qui convient à la production de CMC de qualité moyenne et élevée. Ces deux réactions sont réalisées dans un malaxeur, qui appartient au procédé de pétrissage et constitue actuellement la principale méthode de production de CMC.
Méthode du milieu aqueux : un processus de production industriel antérieur, la méthode consiste à faire réagir l'alcali-cellulose et l'agent d'éthérification dans des conditions d'alcali libre et d'eau, qui est utilisé pour préparer des produits CMC de qualité moyenne et basse, tels que des détergents et des agents d'encollage textiles. Attendez . L'avantage de la méthode à base d'eau est que les exigences en matière d'équipement sont relativement simples et que le coût est faible ; l'inconvénient est qu'en raison du manque d'une grande quantité de milieu liquide, la chaleur générée par la réaction augmente la température et accélère la vitesse des réactions secondaires, ce qui entraîne une faible efficacité d'éthérification et une mauvaise qualité du produit.
Méthode au solvant ; également connue sous le nom de méthode aux solvants organiques, elle est divisée en méthode de pétrissage et en méthode de suspension en fonction de la quantité de diluant de réaction. Sa principale caractéristique est que les réactions d'alcalinisation et d'éthérification sont effectuées dans les conditions d'un solvant organique comme milieu réactionnel (diluant). Comme le processus réactionnel de la méthode à l'eau, la méthode au solvant comprend également deux étapes d'alcalinisation et d'éthérification, mais le milieu réactionnel de ces deux étapes est différent. L'avantage de la méthode au solvant est qu'elle omet les processus de trempage, de pressage, de broyage et de vieillissement alcalins inhérents à la méthode à l'eau, et que l'alcalinisation et l'éthérification sont toutes effectuées dans le malaxeur ; l'inconvénient est que la contrôlabilité de la température est relativement mauvaise et que les besoins en espace sont relativement faibles. , coût plus élevé.
Heure de publication : 05 janvier 2023