배터리에 CMC 바인더 적용

CMC 제품은 수성 음극재의 주요 바인더로서 국내외 배터리 제조업체에서 널리 사용됩니다. 최적의 바인더 양은 상대적으로 큰 배터리 용량, 긴 사이클 수명 및 상대적으로 낮은 내부 저항을 얻을 수 있습니다.

바인더는 리튬이온 배터리의 중요한 보조 기능성 소재 중 하나이다. 이는 전극 전체의 기계적 성질의 주요 원천이며 전극의 생산 공정과 전지의 전기화학적 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 바인더 자체는 용량이 없고 배터리에서 아주 작은 비중을 차지합니다.

리튬이온전지 전극 바인더 소재는 일반 바인더의 접착성 외에도 전해질의 팽윤 및 부식을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 충방전 시 전기화학적 부식에도 견딜 수 있어야 합니다. 작동 전압 범위에서 안정적으로 유지되므로 리튬 이온 배터리의 전극 바인더로 사용할 수 있는 고분자 재료가 많지 않습니다.

현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리 바인더에는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 에멀젼, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 등 세 가지 주요 유형이 있습니다. 또한 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아크릴레이트를 주성분으로 하는 수성 바인더도 일정 시장을 점유하고 있다.

배터리 수준 CMC의 4가지 특성

카르복시메틸 셀룰로오스의 산성 구조는 수용성이 낮기 때문에 이를 더 잘 적용하기 위해 CMC는 배터리 생산에 매우 널리 사용되는 재료입니다.

CMC 제품은 수성 음극재의 주요 바인더로서 국내외 배터리 제조업체에서 널리 사용됩니다. 최적의 바인더 양은 상대적으로 큰 배터리 용량, 긴 사이클 수명 및 상대적으로 낮은 내부 저항을 얻을 수 있습니다.

CMC의 네 가지 특징은 다음과 같습니다.

첫째, CMC는 유리 섬유나 불순물 없이 제품을 친수성과 가용성, 물에 완전히 용해되도록 만들 수 있습니다.

둘째, 치환도가 균일하고 점도가 안정적이어서 안정적인 점도와 접착력을 제공할 수 있다.

셋째, 금속이온 함량이 낮은 고순도 제품을 생산합니다.

넷째, SBR 라텍스 및 기타 소재와의 상용성이 좋다.

배터리에 사용되는 CMC 나트륨 카르복시메틸 셀룰로오스는 질적으로 사용 효과를 향상시키는 동시에 현재 사용 효과와 함께 우수한 사용 성능을 제공합니다.

배터리에서 CMC의 역할

CMC는 셀룰로오스의 카복시메틸화된 유도체로, 일반적으로 천연 셀룰로오스를 가성알칼리, 모노클로로아세트산과 반응시켜 제조되며, 분자량은 수천에서 수백만에 이릅니다.

CMC는 흰색~담황색의 분말, 입상 또는 섬유상 물질로 흡습성이 강하고 물에 쉽게 용해됩니다. 중성 또는 알칼리성일 때 용액은 고점도 액체입니다. 80℃ 이상으로 장시간 가열하면 점도가 감소하여 물에 녹지 않게 됩니다. 190~205°C로 가열하면 갈색으로 변하고, 235~248°C로 가열하면 탄화됩니다.

CMC는 수용액에서 증점, 결합, 보수, 유화 및 현탁 기능을 갖고 있기 때문에 세라믹, 식품, 화장품, 인쇄 및 염색, 제지, 섬유, 코팅, 접착제 및 의약 분야에서 널리 사용됩니다. 최종 세라믹 및 리튬 배터리 분야는 약 7%를 차지하며 일반적으로 "공업용 글루타민산 나트륨"으로 알려져 있습니다.

구체적으로CMC배터리에, CMC의 기능은 다음과 같습니다: 음극 활물질 및 도전제를 분산시키는 것; 음극 슬러리의 농축 및 침강 방지 효과; 결속 지원; 전극의 처리 성능을 안정화하고 배터리 사이클 성능을 향상시키는 데 도움을 줍니다. 폴 피스 등의 박리 강도를 향상시킵니다.

CMC 성능 및 선택

전극 슬러리 제조 시 CMC를 첨가하면 슬러리의 점도가 높아져 슬러리의 침전을 방지할 수 있습니다. CMC는 수용액에서 나트륨 이온과 음이온을 분해하고 CMC 접착제의 점도는 온도가 증가함에 따라 감소하여 수분을 흡수하기 쉽고 탄력이 떨어집니다.

CMC는 음극 흑연의 분산에 매우 좋은 역할을 할 수 있습니다. CMC의 양이 증가함에 따라 분해 생성물이 흑연 입자 표면에 부착되고 흑연 입자는 정전기력으로 인해 서로 반발하여 우수한 분산 효과를 얻습니다.

CMC의 명백한 단점은 상대적으로 부서지기 쉽다는 것입니다. CMC를 바인더로 모두 사용하면 극편의 압착 및 절단 과정에서 흑연 음극이 붕괴되어 심각한 분말 손실이 발생합니다. 동시에 CMC는 전극 재료의 비율과 pH 값에 크게 영향을 받으며, 충방전 시 전극 시트가 깨질 수 있어 배터리의 안전성에 직접적인 영향을 미칩니다.

처음에는 음극 교반에 사용한 바인더는 PVDF 등 유성 바인더였으나, 환경 보호 등을 고려하여 음극에는 수성 바인더를 사용하는 것이 주류가 되었습니다.

완벽한 바인더는 존재하지 않습니다. 물리적 처리 및 전기화학적 요구 사항을 충족하는 바인더를 선택하십시오. 리튬 배터리 기술의 발전과 비용 및 환경 보호 문제로 인해 결국 수성 바인더가 유성 바인더를 대체하게 될 것입니다.

CMC 두 가지 주요 제조 공정

다양한 에테르화 매체에 따라 CMC의 산업 생산은 수성 방법과 용매 기반 방법의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 물을 반응매체로 사용하는 방법을 수매체법이라 하며 알칼리성 매체와 저등급 CMC를 생산하는데 사용된다. 유기용매를 반응매질로 사용하는 방법을 용매법이라고 하며, 이는 중급 및 고급 CMC 생산에 적합하다. 이 두 가지 반응은 반죽공정에 속하며 현재 CMC를 생산하는 주요 방법인 반죽기(kneader)에서 진행됩니다.

물 매체 방법: 초기 산업 생산 공정으로 유리 알칼리 및 물의 조건에서 알칼리 셀룰로오스와 에테르화제를 반응시키는 방법으로 세제 및 섬유 사이징제와 같은 중저급 CMC 제품을 제조하는 데 사용됩니다. . 물 매체 방법의 장점은 장비 요구 사항이 상대적으로 간단하고 비용이 낮다는 것입니다. 단점은 다량의 액체 매질이 부족하여 반응에서 발생하는 열로 인해 온도가 상승하고 부반응 속도가 빨라져 에테르화 효율이 낮고 제품 품질이 좋지 않다는 것입니다.

용매법; 유기용매법이라고도 하며, 반응희석제의 첨가량에 따라 반죽법과 슬러리법으로 구분됩니다. 주요 특징은 유기용매를 반응매질(희석제)로 하는 조건에서 알칼리화 및 에테르화 반응이 진행된다는 점이다. 용매법도 물법의 반응과정과 마찬가지로 알칼리화와 에테르화의 2단계로 구성되지만, 이 두 단계의 반응매체는 서로 다르다. 용매법의 장점은 수법 특유의 알칼리 침지, 압착, 파쇄, 숙성 공정을 생략하고 알칼리화, 에테르화 반응이 모두 반죽기에서 진행된다는 점이다. 단점은 온도 제어성이 상대적으로 열악하고 공간 요구 사항이 상대적으로 열악하다는 것입니다. , 더 높은 비용.