Elektrodenzementmaterial ist auch eine Frage des Lernens.

Elektrodenzement ist eines der wichtigen Hilfsfunktionsmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien. Obwohl es keine Kapazität hat, hat es einen geringen Anteil in der Batterie, ist aber die Hauptquelle für die mechanischen Eigenschaften der gesamten Elektrode. Die elektrochemische Leistung des Prozesses und der Batterie hat einen wichtigen Einfluss. Zusätzlich zu den Klebeeigenschaften allgemeiner Klebstoffe müssen Bindemittelmaterialien für Lithium-Ionen-Batterieelektroden auch dem Quellen und der Korrosion des Elektrolyten sowie der elektrochemischen Korrosion beim Laden und Entladen standhalten und die Arbeitsspannung der Elektrode stabil halten Daher gibt es nicht viele Polymermaterialien, die als Elektrodenbinder für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können.

Es gibt drei Haupttypen von Bindemitteln für Lithium-Ionen-Batterien, die heute weit verbreitet sind: Polyvinylidenfluorid (PVDF), Styrol-Butadien-Kautschuk-Emulsion (SBR) und Carboxymethylcellulose (CMC) sowie Polyacrylsäure (PAA) und Polypropylen. Auch wässrige Bindemittel, die als Hauptbestandteile Nitril (PAN) und Polyacrylat enthalten, nehmen einen gewissen Markt ein. PVDF ist das erste weit verbreitete Elektrodenbindemittel für Lithium-Ionen-Batterien, das eine starke elektrochemische Korrosionsbeständigkeit aufweist und auf positive Elektrodenmaterialien angewendet werden kann. PVDF erfordert jedoch N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel und die Kosten für die Rückgewinnung des Lösungsmittels sind hoch, was zu einer gewissen Umweltverschmutzung führt. Daher werden in einer Graphitanode mit relativ niedrigem Potential üblicherweise wässrige SBR- und CMC-Bindemittel verwendet. Im Inland verwendete PVDF-Klebstoffe werden hauptsächlich von europäischen und japanischen Herstellern geliefert, während die wasserbasierten Klebstoffe SBR und CMC überwiegend von japanischen Herstellern kontrolliert werden.

Da die Anforderungen des Landes an Umweltschutz und Batterieenergiedichte weiter steigen, entstehen viele neue Arten von Klebstoffen. Einerseits forcieren Klebstoffhersteller als Reaktion auf immer strengere Umweltrichtlinien die Entwicklung wasserbasierter Klebstoffe für Kathodenmaterialien. Um andererseits die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien weiter zu erhöhen, haben Batteriehersteller nach und nach damit begonnen, Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt und Anodenmaterialien aus Silizium-Kohlenstoff zu verwenden. Obwohl das Siliziummaterial eine extrem hohe theoretische spezifische Kapazität (4200 mA·h/g, berechnet als Li22Si5) und ein niedrigeres Entladungspotential (ca. 370 mV gegenüber Li/Li+) aufweist, ist es ein vielversprechendes negatives Elektrodenmaterial. Allerdings beträgt die Volumenänderung des Siliziummaterials im Prozess der Lithiuminsertion/Delithiierung bis zu 300 %, und selbst nach der Verbindung mit dem Kohlenstoffmaterial ist die Volumenänderung immer noch bemerkenswert. Die enorme Volumenänderung führt dazu, dass die Aktivmaterialpartikel brechen und verrutschen, was schließlich zu einer Elektrodenpulverisierung, einer Kapazitätsverringerung und einer Verkürzung der Zykluslebensdauer führt. Um die Volumenänderung des Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterials während des Ladens und Entladens zu bewältigen, wurden verschiedene neue Bindemittel für Lithium-Ionen-Batterieelektroden entwickelt, darunter PVDF-modifizierte Bindemittel, CMC-vernetzende modifizierte Bindemittel und Polyacryl-modifizierte Bindemittel . , Natriumalginat-Bindemittel, leitfähiger Klebstoff usw.

Bei Elektrodenbindemitteln sind viele Leistungsparameter beteiligt, darunter grundlegende physikalisch-chemische Eigenschaften und mechanische Eigenschaften des Bindemittels sowie Adhäsionseigenschaften, rheologische Eigenschaften und elektrochemische Eigenschaften. Darüber hinaus werden einige Eigenschaften der Elektrodenpaste und der Elektrode hauptsächlich durch die Eigenschaften des Bindemittels bestimmt.

Bindungseigenschaften und Prüfmethoden

Anforderungen und Eigenschaften des Bindemittels für Lithium-Ionen-Elektrodenbatterien

Obwohl das Elektrodenbindemittel der Lithium-Ionen-Batterie ein geringes spezifisches Gewicht in der Batterie aufweist und selbst keine Kapazität aufweist, sind der Homogenisierungsprozess der Elektrodenaufschlämmung, die maximale Beschichtungsdicke der Elektrode, die Flexibilität der Elektrode und die Energiedichte von die Batterie und die Lebensdauer. Andere Aspekte haben wichtige Auswirkungen. Der ideale Elektrodenbinder für Lithium-Ionen-Batterien sollte folgende Eigenschaften haben:

1 gute Löslichkeit, schnelle Auflösungsrate und hohe Löslichkeit;

2 Lösungsmittel sind sicher, umweltfreundlich, ungiftig und Wasser ist das beste Lösungsmittel;

3 großes Molekulargewicht, geringe Menge Bindemittel;

4 mäßige Viskosität, leicht zu homogenisieren und die Stabilität der Aufschlämmung aufrechtzuerhalten;

5 starke Haftkraft, die Schälfestigkeit der vorbereiteten Elektrode ist groß;

6 elektrochemische Eigenschaften sind stabil, bei der Arbeitsspannung findet keine Redoxreaktion statt;

7 beständig gegen Elektrolytkorrosion;

8 hat eine gewisse Flexibilität, kann der Biegung der Elektrode und der Volumenänderung der Aktivmaterialpartikel standhalten;

9 Leitfähigkeit und Lithiumionenleitfähigkeit sind gut;

10 Große Auswahl an Quellen und niedrige Kosten.

Tatsächlich gibt es jedoch nicht das ideale Bindemittel und verschiedene Eigenschaften können nicht erreicht werden. Das eigentliche Bindemittel kann nur einige Eigenschaften erfüllen. Daher werden in praktischen Anwendungen häufig unterschiedliche Bindemittel oder mehrere Bindemittel in den positiven und negativen Elektroden verwendet, um die Eigenschaften verschiedener Bindemittel auszuüben.

Einfaches Bonding-Modell

Derzeit gibt es viele verschiedene Theorien und Hypothesen zum Wirkmechanismus von Bindemitteln in Lithium-Ionen-Batterieelektroden, beispielsweise Punktbondmodelle und Oberflächenbondmodelle. Unter diesen Theorien ist das von HERNANDEZ et al. vorgeschlagene Modell. kann verwendet werden, um die Rolle des Bindemittels in Lithium-Ionen-Batterien grob zu beschreiben und eine Referenz für die Charakterisierungsmethode des Bindemittels bereitzustellen. HERNANDEZ glaubt, dass das Bindemittel zwischen den Aktivmaterialpartikeln in der Elektrode und den Aktivmaterialpartikeln sowie das Bindemittel an der Grenzfläche des Stromkollektors eine wichtige Rolle bei der Aufnahme und Übertragung der Belastung auf die Elektrode spielen. Die mechanischen Eigenschaften der Elektrode hängen von der Haftung des Bindemittels am aktiven Material, der Haftung des Bindemittels am Stromkollektor und der Volumenfestigkeit des Bindemittels ab. Wenn die Spannung größer als das Minimum der drei Werte ist, wird die Elektrode zerstört. Unter diesen kann die Haftung des Klebstoffs mithilfe der Formel (1) abgeschätzt werden.

(1)

gibt die Gesamthaftfestigkeit der Klebeschnittstelle an; δint gibt die Dichte der Bindungspunkte auf beiden Seiten der Bindungsschnittstelle an; und fh ist die Bindungskraft eines einzelnen Bindungspunkts. Basierend auf diesem Modell kann davon ausgegangen werden, dass es hauptsächlich drei Wechselwirkungen zwischen den Lithium-Ionen-Batterieelektroden gibt: die Wechselwirkung zwischen dem Bindemittel und den aktiven Materialpartikeln, die Wechselwirkung zwischen dem Bindemittel und dem Stromkollektor sowie die Bindemittelmoleküle und die Wechselwirkung zwischen den Molekülen des Bindemittels. Durch Messen der Werte dieser drei und Kombinieren der Gesamtfläche der Bondschnittstelle kann die mechanische Festigkeit der Elektrode abgeschätzt werden. Daher kann die Bindungseigenschaft des Bindungsmaterials in die folgenden drei Teile unterteilt werden: die mechanischen Eigenschaften des Bindungsmittelkörpers, die Bindungsstärke des Bindungsmittels an den Stromkollektor und die Bindungsstärke des Bindungsmittels an den Wirkstoff Material.

Zugeigenschaften

Unter der Volumenfestigkeit des Elektrodenbinders versteht man vor allem seine Zugeigenschaften, die durch Parameter wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Elastizitätsmodul und Elastizitätsgrenze beschrieben werden können. Das Bindemittelmaterial kann entsprechend dem Unterschied in der Streckkurve in ein sprödes Bindemittel und ein duktiles Bindemittel eingeteilt werden. Spröde Klebstoffe haben eine relativ hohe Zugfestigkeit, aber eine geringe Bruchdehnung, und CMC gehört zu dieser Kategorie. Die Zugfestigkeit des duktilen Zements ist relativ gering, aber die Bruchdehnung ist groß, und SBR und PVDF gehören zu dieser Kategorie. Die Zugeigenschaften des Bindemittels schränken die Fähigkeit der gesamten Elektrode ein, äußeren Kräften standzuhalten. Wenn die Zugfestigkeit des Polymers zu gering ist und die Elektrode einer äußeren Kraft ausgesetzt ist, kommt es zum Versagen der Bindung zunächst durch das Volumenversagen des Bindemittelmaterials, was sich nicht positiv auf die Gesamtmechanik der Elektrode auswirkt. Leistungsverbesserung. Die Elastizitätsgrenze eines Polymermaterials ist die maximale Dehnung, bei der das Polymer nach dem Dehnen in seine ursprüngliche Form zurückkehren kann. Die Elastizitätsgrenze und die Bruchdehnung haben einen gewissen Einfluss auf die reversible spezifische Kapazität und den Kapazitätserhalt der Elektrode, insbesondere der negativen Siliziumelektrode und der negativen Siliziumkohlenstoffelektrode mit offensichtlicher Volumenausdehnung. Je größer die Elastizitätsgrenze und die Bruchdehnung des Bindemittels sind, desto größer ist die Verformung, der das Bindemittel standhalten kann, und desto stabiler ist es, um die Batterieleistung aufrechtzuerhalten.

Die Zugeigenschaften des Polymermaterials hängen hauptsächlich von der Art des Polymers und seinem Molekulargewicht ab. Bei demselben Polymer gilt: Je höher das Molekulargewicht, desto höher die Zugfestigkeit. Darüber hinaus beeinflussen auch die topologische Struktur, die Regelmäßigkeit, die Kristallinität des Polymers und die Molekulargewichtsverteilung der Polymerkette dessen Zugeigenschaften. Eine Erhöhung des Molekulargewichts des Polymers verbessert zwar seine mechanischen Eigenschaften, verbessert aber auch die Stabilität des Bindemittels und die Fähigkeit, Elektrolytkorrosion zu widerstehen, führt jedoch zu einer Verringerung der Löslichkeit. Daher ist es notwendig, die Leistung verschiedener Aspekte des Lithium-Ionen-Batteriebindemittels umfassend zu berücksichtigen und das Molekulargewicht, die Molekülkettentopologie, die Regelmäßigkeit, die Kristallinität und dergleichen des Polymers anzupassen. Die nationale Norm GB/T 1040 – 2016 legt die Prüfmethode für die Zugeigenschaften des Polymers fest. Für den Test wird empfohlen, zur Herstellung einer Probe ein Form- und Extrusionsverfahren zu verwenden oder mit einem Lösungsverfahren eine Folie oder einen Film zu formen, um einen Zugversuch durchzuführen. Unter Berücksichtigung des durch den Elektrolyten aufgequollenen Bindemittelmaterials können sich die Zugeigenschaften verändern. Es wird empfohlen, die Zugeigenschaften vor und nach der Quellung durch den Elektrolyten zu testen.

Haftfestigkeit

Die Haftfestigkeit ist die Kernleistung der Verbindung und kann durch die Zugfestigkeit und Zugscherfestigkeit der Stoßverbindung ausgedrückt werden. Unter der Zugfestigkeit der Stoßfuge versteht man die maximale Zugspannung, der der Stoßfugenprobekörper der Klebefuge bei Dehnung standhält. Die Zugscherfestigkeit bezieht sich auf die maximale Scherspannung, der die Klebefläche standhalten kann, wenn die einzelne Überlappungsverbindung, auf die der Klebstoff geklebt wird, in einer Richtung parallel zur Klebefläche gedehnt wird. Wenn sich die aktiven Materialpartikel aufgrund der Lithium-Interkalation ausdehnen oder die Elektroden einer externen Biegung ausgesetzt sind, was zu einem Verrutschen und einer Trennung zwischen den Partikeln führt, kann die Spannung auf der Verbindungsoberfläche in Zugspannung und Scherspannung zerlegt werden. Entsprechend der Zugfestigkeit und Zugscherfestigkeit der Stoßfuge. Je höher die Zugfestigkeit und Zugscherfestigkeit der Stoßfuge des Zements ist, desto stärker ist die Widerstandsfähigkeit gegen Trennung und Verrutschen zwischen den Partikeln. Die Zugfestigkeit und Zugscherfestigkeit der Stoßverbindungen können gemäß GB/T6329-1996 bzw. GB/T7124-2008 geprüft werden. Gemäß diesen beiden Standards ist es notwendig, ein Blockmaterial einer bestimmten Form und Größe herzustellen, und es ist erforderlich, dass die Zugfestigkeit des Massenmaterials größer ist als die Haftfestigkeit des Klebstoffs und des dafür verwendeten aktiven Materials Bei Lithium-Ionen-Batterien handelt es sich in der Regel um ein Pulvermaterial. Diese beiden Tests eignen sich besser zur Charakterisierung der Bindungsstärke des Bindemittels an das Material der Massenprobe, z. B. Stromkollektor oder reines Silizium.

Schälfestigkeit

Die Schälfestigkeit ist die Kraft, der die Klebekante pro Längeneinheit standhalten kann, wenn sich die äußere Spannung auf die Kante der Klebestelle konzentriert und die Klebefläche allmählich abgezogen wird. Sie wird in kN/m ausgedrückt, in der Praxis wird auch N/cm verwendet. Gibt an, dass 1 kN/m = 10 N/cm. Anders als beim Haftfestigkeitstest ist es erforderlich, zum Testen eine blockförmige Klebevorbereitungsprobe zu verwenden. Beim Schälfestigkeitstest kann die Elektrode direkt als Probe verwendet werden. Die Vorbereitungsmethode ist einfacher und kann den tatsächlichen Bindungszustand der Elektrode besser widerspiegeln. Der Schälfestigkeitstest kann mit der Floating-Roll-Methode gemäß GB/T 7122-1996 oder mit dem 180°-Schältest gemäß der in GB/T2790-1995 bereitgestellten Methode getestet werden. Bei beiden Testmethoden muss die Elektrode auf einem starren Untergrund befestigt und mit einem Klebeband abgezogen werden. Die von GB/T7122-1996 bereitgestellte Testmethode erfordert spezielle Vorrichtungen zum Testen, und die Methode von GB/T2790-1995 stellt hierfür keine besonderen Anforderungen, und letztere wird empfohlen. Das im Test verwendete Klebeband sollte ein ideal flexibles Material sein, das sich während des Tests nicht irreversibel verformen kann. Gleichzeitig muss die Klebekraft des Klebebandes stark genug sein und die Breite des Klebebandes sollte gleich oder kleiner als die Breite der Elektrode sein, damit der Ablösevorgang innerhalb der Aktivmaterialbeschichtung oder dazwischen erfolgt Die Beschichtung und der Stromabnehmer dürfen nicht beschädigt werden, andernfalls sind die Testdaten ungültig. . Es ist zu beachten, dass bei der in GB/T2790-1995 bereitgestellten Testmethode die Geschwindigkeit und der Abstand zwischen den Spannzangen der Testmaschine doppelt so hoch sind wie die Geschwindigkeit und der Abstand der Schälkantenbewegung. Wenn als Ergebnis des Ablösetests der Ablöseprozess innerhalb der Elektrodenbeschichtung stattfindet, deutet dies darauf hin, dass die Bindungswirkung des Bindemittels am Stromkollektor stärker ist als die des Bindemittels am aktiven Material, und die gemessenen Daten sind dies des Bindemittels an das Aktivmaterial. Schälfestigkeit; Wenn der Ablöseprozess zwischen der Elektrodenbeschichtung und dem Stromkollektor stattfindet, deutet dies darauf hin, dass die Bindungswirkung des Bindemittels auf dem aktiven Material stärker ist als die des Bindemittels auf dem Stromkollektor, und die gemessenen Daten beziehen sich auf das Bindemittel mit dem Stromkollektor . Schälfestigkeit; Wenn der Abziehvorgang zwischen dem Klebeband und der Elektrode auftritt, weist dies darauf hin, dass das ausgewählte Klebeband nicht ausreichend haftet und die Testdaten ungültig sind. Die Schälfestigkeit kann als Durchschnittswert der Schälfestigkeit im Bereich von 25 bis 125 mm nach dem Schälvorgang angenommen werden, wobei gleichzeitig die Maximal- und Minimalwerte der Schälfestigkeit im Prozess aufgezeichnet werden.

Grundlegende physikalische und chemische Eigenschaften des Bindemittels

Zu den grundlegenden physikalisch-chemischen Eigenschaften des Bindemittels gehören Feststoffgehalt, Dichte, Viskosität, pH-Wert und andere Parameter. Es wird empfohlen, die relevanten nationalen Standards für Klebstoffe direkt zu testen. Der Feststoffgehalt ist einer der grundlegenden Produktparameter flüssiger Bindemittel. Dieser Parameter wird benötigt, um die Menge des vor der Homogenisierung aufgetragenen Bindemittels zu berechnen. Der Feststoffgehalt wird in der nationalen Norm auch als „nichtflüchtiger Gehalt“ bezeichnet und bezeichnet das Verhältnis der Masse des flüssigen Klebstoffs vor und nach dem Trocknen unter bestimmten Bedingungen. GB/T2793 – 1995 schreibt vor, dass der nichtflüchtige Gehalt des Klebstoffs mithilfe eines Umluftofens zum Trocknen des Klebstoffs gemessen werden sollte. Die Testergebnisse behalten 3 effektive Zahlen bei. Die Dichte ist ein weiterer grundlegender physikalischer Parameter des flüssigen Bindemittels. Nach der Kombination der Feststoffgehaltsparameter kann die Bindemittelmenge anhand des Volumens oder der Durchflussrate berechnet werden. GB/T13354-1992 Es wird empfohlen, die Dichte des flüssigen Klebstoffs mit einem 37-ml-Gewichtsbecher zu messen. Diese Testmethode ist einfach und leicht anzuwenden und eignet sich besonders für flüssige Klebstoffe mit hoher Viskosität. Die Viskosität ist einer der wichtigen Prozessleistungsparameter des Bindemittels. Wenn die Viskosität des Bindemittels zu gering ist, ist auch die Viskosität der vorbereiteten Aufschlämmung gering, was zu einer übermäßigen Fließfähigkeit der Aufschlämmung und leichter Sedimentation, schlechter Lagerstabilität und der Zugabe von zusätzlichem Verdickungsmittel führt; Wenn jedoch die Viskosität des Klebstoffs zu groß ist, ist dies nicht förderlich für die Dispersion von aktiven Materialien und leitfähigen Mitteln. Neben den Prozesseigenschaften kann auch die Viskosität des Bindemittels das Molekulargewicht widerspiegeln. Wenn die anderen Bedingungen gleich sind, gilt: Je höher die Viskosität, desto größer das Molekulargewicht und desto besser die Bindungsleistung. Die nationale Norm GB/T2794 – 2013 schreibt vor, dass die Viskosität des Klebstoffs mit einem Einzylinder-Rotationsviskosimeter gemessen wird und die Bindemittellösung vor dem Test entschäumt werden muss. Die Ergebnisse des Viskositätstests behalten drei signifikante Zahlen bei, ausgedrückt in Pa·s, in der Praxis werden jedoch häufig mPa·s und cP als Einheiten verwendet, 1 mPa·s = 1 cP. Temperatur, Konzentration, Schergeschwindigkeit, Lösungsmittel und andere Faktoren haben großen Einfluss auf die Ergebnisse der Viskositätsmessung und sollten zusammen mit der gemessenen Viskosität vermerkt werden. Der pH-Wert des Bindemittels entspricht dem eines wässrigen Bindemittels. Der pH-Wert des Bindemittels bestimmt den pH-Wert der Elektrodenpaste, und verschiedene Wirkstoffe haben eine unterschiedliche Anpassungsfähigkeit an den pH-Wert. Daher hat der pH-Wert des Bindemittels direkten Einfluss darauf, ob das Bindemittel auf das aktive Material aufgetragen werden kann. Die nationale Norm GB/T14518-1993 legt fest, dass der pH-Wert des wässrigen Bindemittels mit einem Glaselektroden-Säuremessgerät getestet wird. Die Temperatur beim Test beträgt 25 °C. Vor dem Test sollte das Säuremessgerät mit zwei Standardlösungen kalibriert werden, die dem pH-Wert der zu testenden Probe ähneln. Das Testergebnis ist auf eine Dezimalstelle genau. Im Test sollte das zum Auflösen und Verdünnen des Bindemittels verwendete Wasser drei Wasserqualitäten aufweisen, da sonst die Genauigkeit der Testergebnisse beeinträchtigt werden kann.

Rheologische Eigenschaften der Aufschlämmung

Die rheologischen Eigenschaften der Aufschlämmung sind für den Beschichtungsprozess von entscheidender Bedeutung. Das Beschichten mit einer Aufschlämmung, die nicht den erforderlichen rheologischen Eigenschaften entspricht, kann zu einem Nassfilmfluss, einer ungleichmäßigen Elektrodendicke, Fließspuren auf der Elektrodenoberfläche, einer rauen Oberfläche usw. führen. Qualitätsprobleme. Besonderes Augenmerk muss daher auf die rheologischen Eigenschaften der Elektrode gelegt werden, insbesondere auf die Viskosität, den Fließwiderstand und die Selbstnivellierungseigenschaften der Aufschlämmung. Die Viskosität kann gemäß der Testmethode der Viskosität des Klebstoffs getestet werden, und die Ausrüstung des entsprechenden Bereichs wird ausgewählt. Der Fließwiderstand der Aufschlämmung ist die Fähigkeit der Aufschlämmung, nach dem Auftragen in ihrer ursprünglichen Position zu bleiben, ohne zu fließen. Es kann gemäß der in GB/T 31113-2014 bereitgestellten Methode getestet werden. Bei der Testmethode kann es sich um eine Leimauftragsmethode oder eine Rakelmethode handeln, d In einer Testumgebung wird die Testaufschlämmung getestet. Der Grad der Durchbiegung und der Abstand vom Durchhang geben den Fließwiderstand der Aufschlämmung an. Je kleiner der Durchhangabstand ist, desto besser ist der Fließwiderstand. Die Selbstnivellierungsleistung ist die Leistung der Nassfilmoberfläche, nachdem der beschichtete Nassfilm für einen bestimmten Zeitraum nur durch Schwerkraft und ohne zusätzlichen Druck bei einer bestimmten Temperatur geparkt wurde. Es kann gemäß GB/T 33403-2016 bereitgestellt werden. Die Methode wird getestet.

Elektrode und Elektrodenbeschichtung

Das Elektrodenbindemittel beeinflusst nicht nur die rheologischen Eigenschaften der Aufschlämmung, sondern bestimmt auch viele Eigenschaften der Elektrode, wie z. B. die Haftung der Elektrodenbeschichtung, die Flexibilität der Elektrode, die Oberflächenhärte und die Lösungsmittelbeständigkeit. Der Haftungstest der Elektrodenbeschichtung kann gemäß GB/T1720-1979 durchgeführt werden. Mit einer scharfen Nadelspitze wird unter einem bestimmten Druck eine runde Rolllinie auf die Oberfläche der Beschichtung gezogen und die Haftung der Beschichtung entsprechend dem Grad der Ablösung der Beschichtung abgestuft. . Die Ergebnisse des Haftungstests ähneln denen der Schälfestigkeit, sind jedoch intuitiver. Die in GB/T 6739-2006 vorgesehene Methode zur Prüfung der Härte des Lackfilms kann zur Prüfung der Oberflächenhärte der Elektrodenbeschichtung verwendet werden. Ein Bleistift einer vorgeschriebenen Größe, Form und Härte wurde verwendet, um die Oberfläche der Beschichtung zu passieren, um die maximale Härte des Bleistifts zu testen, der zerkratzt wurde, ohne die Oberflächenhärte der Beschichtung zu zerkratzen. Bei der Elektrode geht es bei der Flexibilität in erster Linie um den minimalen Krümmungsradius, dem die Elektrode beim Biegen standhalten kann, also um den Radius des dünnsten Schafts, den die Elektrode beim Wickeln nutzen kann. Das in GB/T 1731-1993 spezifizierte Flexibilitätstestverfahren wird auf diese Weise durchgeführt, wobei ein Wellenstab mit unterschiedlichen Durchmessern gewickelt wird, so dass die Beschichtung nicht zu feinsten Schäden wie Netzen, Rissen, Abblättern und dergleichen führt nach dem Entspannen. Der Durchmesser des Schaftes gibt Aufschluss über die Flexibilität der Beschichtung. Die Fähigkeit der Elektrode, dem Elektrolyten zu widerstehen, kann auf die Testmethode zurückgeführt werden, die in der Norm der chemischen Industrie „HG/T3857-2006 Testmethode für die Beständigkeit isolierender Farbfilme und Öle“ vorgesehen ist. Nehmen Sie die getrocknete Elektrode, tauchen Sie sie halb in den Elektrolyten ein, setzen Sie sie halb der Luft aus, tauchen Sie sie 24 Stunden lang bei einer bestimmten Temperatur ein und nehmen Sie sie dann heraus. Wenn die Elektrode in den Elektrolyten eingetaucht ist und der freiliegende Teil der Luft flach und glatt bleibt, ohne Blasen, Falten oder Abfallen, zeigt dies an, dass die Fähigkeit, dem Elektrolyten standzuhalten, gut ist. Zusätzlich zu den oben genannten Standards bietet der nationale Standard GB/T 13452.2-2008 auch eine Reihe von Methoden zur Prüfung der Beschichtungsdicke, mit denen die Nassfilmdicke und Trockenfilmdicke der Elektrodenbeschichtung gemessen werden kann. Dies kann die Elektrodenbeschichtung vor und nach dem Trocknen unterstützen. Die Dicke des Bereichs erleichtert die Kontrolle der Produktqualität und die Anpassung der Parameter des Beschichtungsprozesses.

Leitfähigkeit

Im Allgemeinen wird während des Elektrodenherstellungsprozesses ein leitfähiges Mittel hinzugefügt, um die Leitfähigkeit im Inneren der Elektrode zu verbessern, und es gibt keine besonderen Anforderungen an die Leitfähigkeit des Elektrodenbindemittels. Wenn der Elektrodenbinder jedoch eine bestimmte Leitfähigkeit aufweist, kann der Innenwiderstand der Batterie verringert werden, was für die Verbesserung der Batterieleistung von Vorteil ist. Die bestehende Norm „GB/T35494.1-2017 isotropes leitfähiges Klebstofftestverfahren Teil 1: Allgemeines Verfahren“ und „HG/T3331-2012 Verfahren zur Bestimmung des Volumenwiderstands und des Oberflächenwiderstands isolierender Farbfilme“ sahen ein Verfahren zum Testen der Leitfähigkeit leitfähiger Bänder vor und Beschichtungen als Referenz für leitfähige Klebstoffe.

Umweltanforderungen

Zusätzlich zu den Prüfmethoden, die die allgemeinen Eigenschaften des Bindemittels spezifizieren, legt die nationale Norm auch die Grenzwerte und Nachweismethoden für den Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und den Gehalt an löslichen Schwermetallen im Bindemittel fest. Flüchtige organische Verbindungen beziehen sich auf das Gesamtgewicht von Zementprodukten nach Abzug von Feststoffgehalt, Feuchtigkeit und freigestellten Verbindungen (Aceton, Methylacetat). Derzeit gibt es in der nationalen Norm keinen VOC-Grenzwert für Bindemittel für Lithium-Ionen-Batterien. Der Nachweis löslicher Schwermetalle erfolgt hauptsächlich für umweltschädliche Elemente wie Blei, Chrom, Cadmium, Tellur, Quecksilber, Arsen, Selen und Tellur. Die Nachweismethoden sind Graphitofen-Absorptionsspektroskopie und Hydrid-Atomfluoreszenzspektrometrie.

Entwicklungsstand des Elektrodenbinders für Lithium-Ionen-Batterien

Die Eigenschaften von Elektrodenbindemitteln sind vielfältig und umfassen mechanische Eigenschaften, rheologische Eigenschaften, Bindungseigenschaften, elektrochemische Eigenschaften und andere Leistungsaspekte, und die Leistung verschiedener Klebstoffe ist unterschiedlich, was zu einer geeigneten Verarbeitung führt. Auch Prozess- und Elektrodenmaterialien variieren. Die Löslichkeitseigenschaften und die Viskosität des Bindemittels beeinflussen hauptsächlich die Verarbeitungstechnologie der Elektrode. Der pH-Wert und die elektrochemische Stabilität begrenzen den Einsatzbereich des Bindemittels und die Schälfestigkeit beeinflusst die Verarbeitungsleistung und Langzeitzyklenleistung der Elektrode. Hier sind einige der grundlegenden Eigenschaften kommerziell erhältlicher Klebstoffe und ihre Auswirkungen auf das Anwendungsspektrum in Lithium-Ionen-Batterien.

Grundlegende Eigenschaften handelsüblicher Klebstoffe

Obwohl es als PVDF-Binder, SBR/CMC-Binder, PAA-Binder usw. klassifiziert wird, variiert die Leistung der gleichen Bindemittelart, die von verschiedenen Herstellern hergestellt wird, innerhalb eines bestimmten Bereichs, hauptsächlich bei zwei Bindemittelqualitäten. Einführen. Das Bindemittel für die positive Elektrode ist beispielsweise das Bindemittel Solef 5130 von Sowell.

Der Hauptbestandteil von Solef 5130 ist ein Copolymer von PVDF. Wenn die Menge 3 % (Massenanteil) beträgt, kann die Abziehkraft der hergestellten Lithiumeisenphosphat-Elektrode 0,62 N/cm erreichen und die Abziehfestigkeit ist groß. Das Produkt ist in NMP gut löslich und die Viskosität beträgt 8000 mPa·s bei einer Konzentration von 8 % bei 25 °C.