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大環(huán)交聯(lián)CMC CT系列
  • 產(chǎn)品詳情

開發(fā)背景:

鋰離子電池負石墨、硅碳在充電過程中嵌入鋰離子,體積膨脹,若無法束縛抑制,會產(chǎn)生裂紋或碎顆粒極,造成負極極片厚度增大。主材顆粒破碎,不斷消耗電解液重構SEI膜,SEI膜過厚造成內(nèi)阻增大,同時降低了主材與導電劑的接觸,惡化循環(huán)性能,帶來析鋰等風險。因此急需粘接良好,彈性好的粘接劑來束縛石墨(硅碳)膨脹。


思路設計:

常規(guī)的CMC粘接劑同時作為負極主主材分散劑,搭配SBR/PAA。但是CMC屬于線性分子,包覆石墨顆粒后,當石墨膨脹時,CMC會發(fā)生滑移,無法有效束縛。因此,將其接枝一些環(huán)狀分子,利用環(huán)狀分子(環(huán)糊精聚合物)豐富的羥基/羧基基團,對石墨(硅)顆粒進行錨定,抑制其發(fā)生體積形變時的位移跟膨脹。這種三維化學鍵交聯(lián)粘結劑,更容易實現(xiàn)活性物質顆粒的三維固定,并且通過交聯(lián)網(wǎng)絡骨架內(nèi)的超分子相互作用,能更有效地進行自修復,達到保持電極完整性的效果。

負極極片開裂一方面由于CMC的氫鍵作用力大,另一方面干燥過程中CMC的滑移造成應力集中。交聯(lián)CMC可有效分散局域應力,緩解極片開裂。

與此同時,硅負極配方中會添加碳納米管增加導電性,對硅基負極的離子擴散和循環(huán)等性能影響巨大。已有的文獻表明,短碳管的壓應力會造成針刺效應,破壞SEI膜跟碳層,加速電解液分解,惡化DCR和循環(huán)性能。而長碳管具有低壓縮應力。本材料在分散過程中,一方面抑制硅顆粒膨脹,避免空間應力對碳納米管的二次破壞,從而保護碳納米管保持一定的長徑比,使得電芯保持良好的循環(huán)性能。另一方面,本材料也可用作碳納米管分散劑,避免碳納米管團聚,造成負極漿料出現(xiàn)凝膠問題。


本產(chǎn)品適用于納米硅碳、硅氧、沉積硅碳等多個技術路線產(chǎn)品


產(chǎn)品參數(shù):

CT-1采用大分子聚合物,高度聚合串聯(lián),孔徑0.8nm 左右;

CT-2是修飾后的CMC上用酯類單體修飾,增加溶解度,同時接枝大環(huán)分子,接枝比例1:1(重點推薦 )

CT-3為第三代迭代產(chǎn)品,大環(huán):CMC=1:2,可根據(jù)客戶需求定制開發(fā)

物性

CT-1

CT-2

CT-3

外觀

白色粉末

白色粉末

白色粉末

TG溫度

280℃

280℃

280℃

溶解度

40g/100g

30g/100g

31g/100g

1%粘度 mpa.s

450

400

500

密度

1.11g/cm3

1.08g/cm3

1.15g/cm3

使用方式

與石墨混合后攪拌分散即可

與石墨混合后攪拌分散即可

與石墨混合后攪拌分散即可

建議添加量

0.2%-1%

0.2%-1%

0.2%-1%


工藝驗證:


CT-2添加量為0.2%-0.3%,可以顯著抑制硅碳負極極片反彈,反彈率可降3%以上;粘接力、內(nèi)聚力均滿足制程要求。



懸浮漿料制備:


負極物料



組別

CT-2

CMC

Si-500(~5%Si)

導電炭黑

SWCNT

水溶性粘接劑

加料細節(jié)

A

/

0.60%

96.85%

0.50%

0.05%

2.00%

捏合階段加0.3%CMC,分散階段加0.3%CMC

B

0.20%

0.40%

96.85%

0.50%

0.05%

2.00%

捏合階段加0.2%CT-2+0.1%CMC,分散階段加0.3%CMC

C

0.3%

0.30%

96.85%

0.50%

0.05%

2.00%

捏合階段加0.3%CT-2,分散階段加0.3%CMC

備注

①正極為三元NCM系列     ②負極粘接劑用研一的PONE水性膠 搭配使用高粘CMC



數(shù)據(jù)收集:


軟包測試:

添加CT-2后,容量、首效均保持一致;化成產(chǎn)氣量減少約8%左右;

低溫@-20℃DCR:B組改善8.6%,C組改善9.7%;

容量保持率300cls@25℃:B組改善2%,C組改善2.4%;300cls@-10℃:B組改善7.1%,C組改善8.1%;


60℃存儲---測試中。


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