リチウム電池負極材の特性と混合プロセスの分析

負極材料として、グラファイトを導電剤、バインダーおよびその他の添加剤と混合する必要があり、溶媒を加えて負極スラリーを調製してから、集電装置に塗布して電極を調製します。ただし、グラファイトアノードスラリーを調製するプロセスでは、多くの技術者が長すぎる、グラファイトの沈降、不安定な粘度、大きなスラリー粒子、多くの気泡などの大小の問題に遭遇したと考えられています。これらの問題を解決する前に、さまざまな材料の基本的な特性を簡単に分類する必要があります。材料特性の理解に基づいてのみ、発生した問題を迅速、正確、かつ適切に解決できます。この記事では主に、アノードスラリーの調製に使用される材料の特性を紹介します。

1.グラファイト

グラファイトには、天然黒鉛と人造黒鉛が含まれます。粒子の形状はさまざまで不規則で、主に球形とフレークです。グラファイトは非極性物質であり、非極性物質によって汚染されやすく、非極性物質中に容易に分散します。水を吸収することは容易ではなく、水溶液に分散することも容易ではありません。汚染されたグラファイトが水に分散しても、再凝集します。グラファイトの特性と要件については、誰もが非常に明確であると思うので、ここでは繰り返しません。

2.導電剤

カーボンブラック、CNT、グラフェンなど、多くの種類の導電剤があり、そのほとんどが無極性です。導電剤の役割は、主な導電ネットワークを形成し、リチウム電池の内部抵抗を低減するために、黒鉛材料間で混合することです。導電剤の添加量は一般に少なく、少なければ少ないほどよいが、2％程度以下であると言える。導電剤としては、電子伝達率をできるだけ少なくするために、一般に比表面積を十分大きくする必要がある。しかし、それは容易な再会と容易な分散の問題にも直面します。

導電剤の分散は常に重要なポイントです。導電剤の種類は、単純なカーボンブラックからCNTスラリー、カーボンブラック、CNT、グラフェン混合導電性スラリーに及ぶため、特性に応じて調整する必要があります。準備のプロセス。リチウム電池スラリーの準備記事[絶妙な]リチウム電池スラリーの特性と主要な影響因子の分析では、スラリーの準備は主に材料の乾式混合、粉末湿潤、粒子クラスター粉砕の段階を経ることが言及されていますそして最後に安定に達しています。導電剤の分散は、粉末の湿潤と粒子クラスターの破壊の段階で完了する必要があります。そうしないと、導電剤が再凝集し、導電剤の無駄を引き起こします。導電剤の分散の問題を解決するには、最良の状態にするために機械力と時間を調整する必要があります。

3.CMC

CMC（ナトリウムヒドロキシメチルセルロース）は重要なセルロースエーテルです。天然繊維を化学修飾したポリアニオン系セルロースコンパウンドです。冷水や温水に溶けやすく、中性物質に属します。 CMCは、増粘、分散、懸濁、接着、膜形成、保護コロイド、防湿などの優れた特性を備えているため、グラファイト負極の分散剤、増粘剤として選ばれています。

CMCには分散性と結合特性がありますが、工業用途の負極のバインダーとして単独で使用することはできません。リチウム電池の製造工程では、リチウム電池のエネルギー密度と内部抵抗を考慮する必要があります。これには、負の磁極片に特定の体積密度（約1.6g / cc）が必要です。この場合、コーティングが必要になります。後者のポールピースは転圧成形処理が施されており、CMCの脆性が大きいため、必然的にローリング後のポールピース構造が崩れ、粉落ちや箔漏れなどの現象が発生します。したがって、CMCを単独で使用できる条件は、ポールピースの厚さが薄いか、ローリングプロセスが実行されていないか、ポールピースの圧縮密度が高くないことです。

また、負極スラリーの調製時には、ミキサー速度がCMCに及ぼす影響に注意する必要があります。 CMCソリューションは擬塑性を持ち、その粘度は温度の上昇とともに低下し、可逆的です。ミキサーの回転が速すぎると、CMCの粘度が低下し、グラファイトアノードのサスペンションに影響します。

4. SBRバインダー

SBR（スチレン-ブタジエンゴム）は、低分子の直鎖状エマルションです。ラテックス粒子ユニットはコアシェル構造です。シェルは、コポリマー分子鎖の架橋構造です。外殻は親水性の極性基と表面です。アクティブエージェント。 SBRは、親水性と親油性が共存する物質です。水性基は、箔の表面上の基と結合して結合力を形成し、これは分散性とスラリーの安定性を助長します。油性セグメントはネガティブグラファイトと結合して結合力を形成し、それによって結合効果が達成されます。

ただし、SBRには分散機能がないため、SBRをグラファイトアノードスラリーで単独で使用することはできません。また、SBRが多すぎると、電解質内でポールピースが膨張します。

リチウム電池の工業生産では、CMCとSBRが同時に使用されることがよくあります。 2つを組み合わせて使用​​すると、不安定なスラリー粘度、磁極片の膨潤、および高い脆性の問題を解決できます。市販の黒鉛材料は非極性物質であり、親水性になりにくく、水系に分散させることが困難です。 CMCの機能の1つは、分散剤として機能し、グラファイトと導電性添加剤を分散させることです。さらに、CMCは水と接触するとゲルを形成するため、スラリーが増粘し（増粘剤）、水性負極スラリーの懸濁安定性が向上します。スラリーをコーティングすると、CMCゲル構造により、水分を保持するだけでなく、スラリーを安定化し、一定時間内にスラリーの均一性を維持できるため、大規模な工業生産のニーズに対応できます。 CMCの欠点を考慮して、水に溶けやすい柔軟な分子SBRエマルジョンを導入すると、スラリーの接着性が向上すると同時に、ポールピースの靭性が向上するため、ポールピースがコンパクト化されません。高圧下。粉末を取り除いた後、ポールピースの圧延後の接着強度も高い。

CMCとSBRを併用する場合、SBRエマルションを加えるタイミングに注意してください。 SBRは、長期間の高剪断力の下で解乳化する傾向があり、ポールピースの接着力が低下するためです。

5.脱イオン水

脱イオン水は極性の弱い分子であり、負極スラリーの溶媒です。溶剤に関連する重要なパラメーターは固形分です。スラリー調製プロセスでは、固形分は材料の分散と安定性に関連しています。