大环交联CMC CT系列
- 产品详情
开发背景：
锂离子电池负石墨、硅碳在充电过程中嵌入锂离子，体积膨胀，若无法束缚抑制，会产生裂纹或碎颗粒极，造成负极极片厚度增大。主材颗粒破碎，不断消耗电解液重构SEI膜，SEI膜过厚造成内阻增大，同时降低了主材与导电剂的接触，恶化循环性能，带来析锂等风险。因此急需粘接良好，弹性好的粘接剂来束缚石墨（硅碳）膨胀。
思路设计：
常规的CMC粘接剂同时作为负极主主材分散剂，搭配SBR/PAA。但是CMC属于线性分子，包覆石墨颗粒后，当石墨膨胀时，CMC会发生滑移，无法有效束缚。因此，将其接枝一些环状分子，利用环状分子(环糊精聚合物)丰富的羟基/羧基基团，对石墨（硅）颗粒进行锚定，抑制其发生体积形变时的位移跟膨胀。这种三维化学键交联粘结剂，更容易实现活性物质颗粒的三维固定，并且通过交联网络骨架内的超分子相互作用，能更有效地进行自修复，达到保持电极完整性的效果。
负极极片开裂一方面由于CMC的氢键作用力大，另一方面干燥过程中CMC的滑移造成应力集中。交联CMC可有效分散局域应力，缓解极片开裂。
与此同时，硅负极配方中会添加碳纳米管增加导电性，对硅基负极的离子扩散和循环等性能影响巨大。已有的文献表明，短碳管的压应力会造成针刺效应，破坏SEI膜跟碳层，加速电解液分解，恶化DCR和循环性能。而长碳管具有低压缩应力。本材料在分散过程中，一方面抑制硅颗粒膨胀，避免空间应力对碳纳米管的二次破坏，从而保护碳纳米管保持一定的长径比，使得电芯保持良好的循环性能。另一方面，本材料也可用作碳纳米管分散剂，避免碳纳米管团聚，造成负极浆料出现凝胶问题。
本产品适用于纳米硅碳、硅氧、沉积硅碳等多个技术路线产品
产品参数：
CT-1采用大分子聚合物，高度聚合串联，孔径0.8nm 左右；
CT-2是修饰后的CMC上用酯类单体修饰，增加溶解度，同时接枝大环分子，接枝比例1:1(重点推荐 )
CT-3为第三代迭代产品，大环：CMC=1:2，可根据客户需求定制开发
|
物性 |
CT-1 |
CT-2 |
CT-3 |
|
外观 |
白色粉末 |
白色粉末 |
白色粉末 |
|
TG温度 |
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 |
与石墨混合后搅拌分散即可 |
与石墨混合后搅拌分散即可 |
与石墨混合后搅拌分散即可 |
|
建议添加量 |
0.2%-1% |
0.2%-1% |
0.2%-1% |
工艺验证：
CT-2添加量为0.2%-0.3%，可以显著抑制硅碳负极极片反弹，反弹率可降3%以上；粘接力、内聚力均满足制程要求。
悬浮浆料制备：
|
|
负极物料 |
|
|
||||
|
组别 |
CT-2 |
CMC |
Si-500(~5%Si) |
导电炭黑 |
SWCNT |
水溶性粘接剂 |
加料细节 |
|
A |
/ |
0.60% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合阶段加0.3%CMC，分散阶段加0.3%CMC |
|
B |
0.20% |
0.40% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合阶段加0.2%CT-2+0.1%CMC，分散阶段加0.3%CMC |
|
C |
0.3% |
0.30% |
96.85% |
0.50% |
0.05% |
2.00% |
捏合阶段加0.3%CT-2，分散阶段加0.3%CMC |
|
备注 |
①正极为三元NCM系列 ②负极粘接剂用研一的PONE水性胶 ③ 搭配使用高粘CMC |
||||||
数据收集：
软包测试：
添加CT-2后，容量、首效均保持一致；化成产气量减少约8%左右；
低温@-20℃DCR：B组改善8.6%，C组改善9.7%；
容量保持率300cls@25℃：B组改善2%，C组改善2.4%；300cls@-10℃：B组改善7.1%，C组改善8.1%;
60℃存储---测试中。
