鉅大LARGE | 點擊量：1515次 | 2022年12月29日
從CMC粘結劑到極片：電池能量密度何以提升？
鋰電池生產工藝復雜，可分為前、中、后三個階段。前端極片制作重要包括包括正/負極配料、涂布、輥壓、分切、制片等工序；中端電芯制作重要包括卷繞或疊片、封裝、注液等工序；后端電池組裝包括化成、分容、PACK組裝等工序。
對那些大容量、大功率的動力型鋰電池來說，如何保持電池的一致性是鋰電池制作的技術難點。隨著鋰電池材料的不斷進步，原材料顆粒粒徑越來越小，提高了鋰電池性能的同時，也新增了混合分散工藝的難度。
在鋰電池生產過程中，對電池電極結構的控制是關鍵，如何控制其電極片內部的微觀結構，是鋰電池生產過程的關鍵技術。采用不同結構的電極片生產的電池的自放電率、循環性、容量、一致性等都不同。在鋰電池生產前端制備電極片的過程中，必須控制好鋰電池漿料的混合分散質量，提高電池漿料的均勻一致性和分散穩定性。
正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成；負極漿料由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負極漿料的制備都包括了液體和液體、液體和固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程。在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、環境等變化。
在正、負極漿料中，顆粒狀活性物質的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運動。因此，在鋰電池生產中各極片材料的漿料的混合分散至關重要，漿料分散質量的好壞，直接影響到后續鋰電池生產的質量及其產品的性能。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
作為漿料中的重要組成部分，粘結劑將各種顆粒粘接在一起，形成了具有粘附性的漿料，將其和金屬箔緊密粘接在一起。活物質、導電劑、溶劑對金屬電極沒有粘附性，無法做成極片用于制備鋰電池。
粘結劑是一種高分子化合物，是鋰電池電極片中的非活性成分，其有粘結和導電兩個重要用途。通常狀況下，對鋰電池專用粘結劑的要求，體現在粘結力、柔韌性、耐堿性、親水性、電導率等性能的合適和穩定。
好的粘結劑不僅有利于電池能量密度的提高，關于電池內阻也有明顯的降低用途，對電池的電化學性能也具有重要的影響。
從極片加工角度看，粘結劑的性能要求重要有以下幾點：
一是能夠長時間維持漿料粘度保持不變；不會因為漿料放置導致其沉降，失效。
二是可溶解形成高濃度溶液，所需的汽化熱較低。
三是碾壓時容易成型且不會反彈。
四是具有柔性，在電極破裂時不會形成碎片。
粘結劑本身沒有容量，在鋰電池中所占的比重也很小。目前得到廣泛應用的鋰電池粘結劑重要有三大類：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡膠（SBR）乳液和羧甲基纖維素（CMC），此外，以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作為重要成分的水性粘結劑也占有一定市場?，F在負極選用水系粘結劑已經成為市場主流方向。
CMC是纖維素的羧甲基化衍生物，作為負極材料的重要粘合劑，被國內外電池制造公司廣泛采用。其四大特點有：
第一，CMC使產品的親水性和溶解性好，完全溶于水，沒有游離纖維和雜質。
第二，取代度均勻且粘度穩定，可以供應穩定的粘度和附著力。
第三，制作出高純度產品，并且是屬于低金屬離子含量。
第四，產品和SBR膠乳和其他材料配合使用具有良好的相容性。
CMC通常由天然的纖維素和苛性堿及一氯醋酸反應后而制得，因為溶液中有增稠、粘結、保水、乳化及懸浮用途，因此廣泛應用于陶瓷、食品、化妝品、印染、造紙、紡織、涂料、粘結劑和醫藥等領域，高端陶瓷和鋰電池領域約占7%左右。
CMC分子結構
具體到電池中，CMC的用途有：對負極活性材料及導電劑起到分散用途；對負極漿料起到增稠及防沉降用途；輔助粘結用途；穩定電極的加工性能，輔助改善電池循環性能；提高極片的剝離強度等。
在制作電極漿料的時候加入CMC，能提高漿料粘度和防止漿料沉淀。CMC在水溶液中會分解出鈉離子和陰離子，CMC膠液粘度會隨著溫度的升高而降低，容易吸潮，彈性較差。
CMC關于負極石墨的分散能夠起到很好的用途。隨著CMC量新增，其分解產物將附著在石墨顆粒表面，石墨顆粒之間由于靜電用途相互排斥，達到很好分散效果。
但是CMC的明顯缺點是比較脆，假如全部選用CMC作為粘結劑，極片在壓片、分切過程中石墨負極出現坍塌會出現嚴重的掉粉情況。同時，CMC受電極材料配比、pH值的影響較大，充放電時極片可能會龜裂，直接影響電池的安全性。
要注意的是，完美的粘結劑并不存在，要盡量選擇符合物理加工及電化學要求的粘結劑。
為了更好的提升鋰電池操作人員在混料、涂布、極片制作的技術水平，加強他們在生產過程中突發工藝問題的解決能力，電池聯盟、我國綠色供應鏈聯盟電池專委會、我國電子節能技術協會電池專業委員會聯合北京綠色智匯能源技術研究院于五月13-十五日，召開鋰電池前工序技術暨CMC工藝培訓。
培訓內容包括CMC用途和使用、CMC制造方法、CMC級別重要性、CMC品質和漿料特性的關系、CMC品質和電池品質的關系、如何選擇電池用CMC等。
培訓結業考核合格者頒發工業和信息化人才培養工程培訓基地、我國電子節能技術協會鋰電池生產崗位操作專項技術證書。此外，通過培訓考核的學員信息錄入到協會官方數據庫中，終生可享受免費推薦工作單位。
