新闻

朱正军——研发理想的负极粘合剂,提升可加工性与电池性能

发布时间: 2016-05-24 17:01:50    来源: 电池中国网
字体:

[摘要]朱正军,Trinseo。

   朱正军:大家下午好!很荣幸有这次机会来跟大家一起来探讨关于电池负极的粘合剂。

  提到Trinseo,大家会比较陌生,现在让我简单介绍一下,2014年我们在美国上市。我们算是一个体量比较小的公司,年产值是全球39亿美金,但是在每一个行业里都可以做到行业里的领先。
  在70年前开始应用并开始发明SBR,现在我们是SBR行业全球的领导者,我们的市场份额占全球市场份额的25%。
  这是我们SBR全球的生产基地,从这张图上可以看出,我们在世界上四个大洲都有自己的生产基地,在亚洲有三家工厂,分别是中国的张家港、韩国的巫山和印度尼西亚的。中国张家港的产能是21万吨。
  今天我讲的题目首先要给大家简单介绍一下SBR,大家通常都会做一个添加剂,我想给大家介绍一下SBR的基础设施,之后再讲一下如何提升SBR在浆料中的稳定性,另外一部分我会跟大家分享一下我们现在新开发的胶乳,新开发的胶乳专门是为了提升倍率性能的。大家可以看到SBR是一个典型的乳液聚合物,它的颗粒直径是在50纳米到300纳米,锢含量在45到20%。
  SBR锢含量50%的情况下,SBR当中一共有300万亿个颗粒,这样的话颗粒的比表面积就会特别大,比表面积加起来有2万平方米,这也就是为什么我们在负极浆料中只有到1点几份,有时候更少就可以达到很好的黏结力。
  S代表苯乙烯,B是丁二烯。除了这两个主的之外,我们SBR还进行相当多的化学改性,这些改性更多的集中在颗粒的表面,一方面是为了增强SBR的稳定性,你要把颗粒稳定的悬浮在水液当中,这是一方面原因。另外一方面原因,表面感性可以提升黏结力。
  SBR通过改性之后可以控制电解液的吸收量,你不希望电解液吸收的很多,同时,你也不希望电解液可以吸收的很少,这是BSR做到的一个很好的平衡。通过改性之后我们也可以降低电池的内阻。
  SBR是一个比较完美的球状,这是一个简单的示意图,在每个球的内部,SBR有很多个不同的分子电,这些分子电就是互相交织成网,是一个交联的结构,这是SBR不同于丙烯酸类的,所以结构是十分稳定的,我们可以通过表面活性剂进行一些改性。
  SBR我们也可以看到,它是一个颗粒一个颗粒的,但是实际应用过程中,如何让每个颗粒发挥一个黏结效率,你不可能指望150纳米的东西具有一个黏结力。所以,SBR需要成膜。
  这是SBR成膜过程的简单示意图,当你升温的时候SBR开始接近,不同颗粒的SBR在表面张力和毛细血管力的相互作用下紧密接触,形成一个正多边形,从而再形成一个透明的膜。
  我们可以看到右下角的图片是我们需要的成膜状态。在这里我做了一个简单的示意,上面那个图是我们公司的一个Logo。我们可以看到成膜比较差的SBR,表面性能也比较差。
  2、跟大家分享一下,关于如何解决SBR在浆料中的稳定性?在电池生产过程当中我们通常会看到图片上的样子,SBR漂浮在浆料的表面,并且随着时间的积累SBR越飘越多,其实就是SBR不能够停留在这个体系当中,这个就会造成一些比较大的危害,例如你在SBR飘拂的表面,SBR在浆料的时候就会造成一个浓度差,这样你在干燥涂层的过程中,随着水分政法,这样SBR的分布就会更不均匀。
  我先跟大家简单引入一个概念,从物理化学角度来看,每一个物种都有一个黏弹性,就像弹簧一样,你拉伸之后你把力松开之后它会回弹到之前的形状。
  你不加任何助剂的分散的水的当中,你的石墨没有完全分散开,就像一个固体一样,相当于是一个凝胶状的物质,我们可以测出两个膜量,一个是弹性的部分,另外一个黏性部分叫损耗膜量,当黏性的部分占主导的时候,你的浆料才可以是一个比较完好的分散状态。
  之前韩国的一位教授也进行过研究,这个是往石墨里面加不同浓度的SBR和CMC来看到什么状态,加到什么量的时候这个石墨会被分散开,从SBR的图上可以看到,如果是实心的过于空心的说明这个分散状态是不好的。我们可以看到,SBR添加15%的时候就可以分散浆料。
  石墨的表面是一个惰性和出水的表面,而SBR表面通过改进之后是一个沁水的,这样就很难润湿并且吸附在石墨表面。你怎么去提高、改善SBR,让SBR停留在这个体系当中?路线也很明确,一个是增加SBR的输水性,另外一个概念是你通过SBR的改性,使SBR和CMC发生一些化学间的作用力,这样从而达到更好的分散效果。
  这个就是一个简单的视频。我做一个简单的实验,这个是对SBR进行一些改性之后的一些情况。我们通过改性之后的SBR的表面是没有飘蓝的。这是我们合成的。不同的改性对沉浆呈现的结果也是不同的。
  下面想跟大家分享一下,一个高倍率的性能,以及高倍率的交融,高倍率情况下需要怎样的交融?高倍率性能的重要作用我也不用赘述了,大家作为锂电行业的专家也很熟悉了,我就想说一下我们如何提高高倍率?你在高倍率的情况下,锂离子需要快速的通过石墨的表层进入到石墨涂层的内部,如果这个通道顺畅的话,你的高倍率性能自然就好了。从这两个点你要如何提升高倍率,这有两个途径,一方面是让你的石墨涂层结构更加疏松,另外一个是如何去有效的降低这个内阻,让锂离子的通道更顺畅。
  SBR在这个体系当中不仅是一个结构性的,你如何在保持同样压石密度的情况下也可以保持一个很好的性能。
  我们通过这个技术我们可以达到外面硬、里面软,我们也同时可以达到里面硬、外面软,或者是不同的硬颗粒分不同的小颗粒,我们针对这个高倍率的话,我们更倾向于里面硬、外面软,从而来提升整体结构的稳定性,通过外面软来增加SBR的黏结力。
  另外一方面是内阻对电池性能的影响,我们通过不同交融之间的改性,我们发现不同改性对交融的内阻是有明显影响的。改性有两个方向,有可能交融会更好,有可能会更差。SBR就是一个很好的例子,通过改性之后,内阻可以得到一个比较明显的下降,同时会比现在市场上用到的高端的SBR的内阻还要低。
  这个就引出下面一个问题,就是我们最后一个重要的概念,就是倍率性能,我们从倍率性能的放电来说,一般来说放电性能不是大家十分关注的,大家可能更关注的是充电性能,因为放电性能我们可以通过电池制成其实可以有很大的调整空间。我们通过SBR可以看到,2号SBR在5C的倍率性能下,我们依然可以达到51%,比现在最好的35%还要高18个百分点。这样我们就可以通过这图发现,SBR是简简单单的一个小的符合材。
  我这个电池制作并不是一个高倍率的配方,如果我们再结合现在高倍率的电池的话,这样你的倍率性能就会有一个比较明显的提升。
  这就是我报告的主要内容,从这些方面简单的总结一下,SBR是十分重要的,它是电池负极主要的粘结剂,如何让SBR更好的分散在体系当中,这个是我们面临的一个课题,通过SBR的改性可以提升SBR的稳定性。另外一个,通过SBR的改性,就可以提升你的充放电倍率,这应该来说是一个很有意义的发展方向。
  谢谢大家!我的内容到此结束。
 
  提问:感谢您的报告,我想问一下从粘结剂的角度来说,除了SBR以外,你们认为下一代的粘结剂是什么类型的?
  朱正军:SBR是比较有效的,如果从硅负极来看,SBR更不适合硅负极,我们现在注意到了一些趋势,像聚丙烯酸这些,粘结剂有一个重要的缺点,就是比较硬,容易开裂,如果可以找到一个契合点,我们硅负极就要控制膨胀,并且在高膨胀的情况下依然可以保持一个黏结的作用。
  如果有兴趣的话我们也可以私下交流一下。

更多推荐

专家专栏

企业专题

热门文章

展会沙龙

󰀗返回顶端