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期刊专利论文

水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂的制备与性能分析

来源:互联网2020年11月17日

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刘会会

 

(宁德时代新能源科技股份有限公司,福建 宁德 352100)

来源:电子元器件与信息技术,2020年6月,第4 卷 第6 期

摘要

锂离子电池经过一段时间的发展已成为现代人们常用的一种电池,其因为性能优异而得到了人们的广泛关注。本文针对水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂的制备与性能内容进行详细分析,希望文中内容对相关工作人员,以及整个行业的发展有所帮助。

关键词

水性聚氨酯;粘结剂;锂离子电池;便携式设备

 
引言

随着人们对锂离子电池研究的不断深入,锂离子电池的性能得到了进一步提高,其被认为是现代混合动力汽车、电动汽车、智能电网的新动力源。锂离子电池电极主要材料为导电剂、活性材料粉末、聚合物粘结剂,在以上几种材料中,粘结剂的具体性能会对锂电子在应用期间的循环倍率和稳定性造成较大影响,因此,在对锂电池进行研究时,要做好对该项内容的研究,完成分析,确保最终制备的锂电池能够满足应用需求。

 
1 锂电池的优缺点

1.1 优点

(1)能量高,其能够达到铅酸电池的7倍左右。

(2)使用寿命长,一般来说,锂电池的寿命长度能够超过6年。

(3)能够承受高功率,将其都应用在电动汽车上,可以方便电动汽车快速加速,能够在短时间内达到指定速度。

(4)电量损耗低,这也是锂电池在实际应用过程中的一项重要优点,通常来说,其一个月的自身放电不会超过1%,电量损失小。

( 5 )对温度变化具有很强的使用性,其能够在-20~60℃的环境中应用,如果采取特殊工艺对锂电池进行处理,其能够在-45℃环境中应用。

(6)生产锂电池消耗的水量很小,这对于水资源匮乏的国家来说意义重大。

 

1.2 缺点

(1)锂电池在具体应用期间的安全性差,并且可能会发生爆炸事故,不仅会造成经济损失,甚至会造成人员伤亡。

(2)锂离子电子需要保护的线路,确保电池在运行期间的安全性,避免电池出现过充过放电现象。

(3)对于生产条件的要求高,而且生产成本高[3]。针对锂离子电池的的优点和缺点进行分析可以发现,锂离子电池具有良好的应用前景,同时,为了使锂电子可以满足应用需求,应当加强对水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂的研究。

 
3 锂离子电池的制备

利用去离子水将羧甲基纤维素(CMC)配置成浓度为2.6%的溶液,利用N-甲基吡咯烷酮(NMP)配置浓度约为5.2%的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液。在实际生产过程中,将(LFP)颗粒、N-220、导电炭黑以14:3:3,8:1:1和16:1:1的比例加入导CMC中,在去离子水中混合,从而保证最终制定浆料的均匀性将PVDF溶液与导电黑、LFP颗粒以8:1:1的质量比,在NMP中进行混合,在实际混合时,要充分搅拌,搅拌必须保持均匀,形成浆料。完成上述操作后,利用作业人员通过刮刀将料流到铝箔上,在真空环境下加热到100℃,干燥6h,将其放置在手套箱内24h,通过上述方式处理,能够完成对对NMP溶剂或水的去除。对于去完水的正极膜,要将其裁剪呈半径大小为3mm的圆片,然后对其重量进行称量,依据事先制定好的顺序,进行液态电池组装,在电池组装期间,作业人员要注重每一项组装步骤,确保组装作业的合理性,保证最终组装的电磁的性能可以达到应用要求。

 

4 锂电池性能情况的检测

 

4.1 分析力学性能

N-220胶膜在具体应用期间的拉伸强度在15.8~16.2MPa之间,其断裂伸长滤在1680%~1720%之间,而PVDF在具体应用过程中的拉伸强度不足1MPa,其断裂伸长率在36.01%~36.15%之间。由此可见,N-220胶膜的断裂拉伸性能十分优异,可以满足应用需求。这是由于可以将水性聚氨酯视作柔性链段与刚性链段相互交替连接的嵌段共聚物,同时,由于极性差异软硬段各自成相[7]。因此,一旦受到外力作用影响,硬段结构在应用期间可以起到物理交联点作用,进而能够实现对分子链间发生的各种移动现象的科学阻止。

 

4.2 测试剥离强度

不同调浆比的正极剥离强度的具体情况如表1所示。

 

水性聚氨酯基锂离子电池粘结剂的制备与性能分析

通过表1重大数据可以发现,以调浆为14:1:1的N-220正极膜的剥离强度最佳,强度能够达到0.55N·cm-1,而采用的PVDF在具体应用期间的剥离强度为0.01N·cm-1。此外,随着水性聚氨酯(WPU)的不断减少,剥离强度则会不

断降低,这主要是由于随着量的不断减少,内聚能则会不断降低,会降低剥离强度,进而对锂电子的整体性能造成一定影响。

 

4.3 分析差式扫面热量

WPU胶膜玻璃转化温度主要集中在-53.5℃左右,这主要是因为WPU内分子链中存在大量的侧基,而刚性链则较少,同时,分子链自身具有较好的柔性,这也就导致WPU结晶性差,但是,其具有较好的耐偏温性。对PVDF的玻璃转变温进行观察,可以发现转变温度在-10.8℃左右,其基本也能够达到在低温方面的要求。

 

4.4 分析热重现象

对WPU的性能进行分析可以发现,其在248℃前,发生热失重率小,导致这一情况的发生的原因是由于胶膜中存在大量的小分子,或者一些水分子,这些物质的存在,会对WPU的性能造成不良影响。当温度达到248℃后,WPU受热温度的影响,将会发生分解,其中50%的失重温度为365℃。WPU热分解一共分为两个部分,具体内容如下:聚氨酯中氨基甲酸酯基团C-O键将会发生断裂;分解多元醇和Ymer-N120。

 

由此可见,WPU在具体应用过程中具有良好的稳定性,对其性能进行全面分析,可以发现其基本可以满足锂电池粘结剂在应用期间,在热稳定性方面的要求。而PVDF在具体应用期间的耐热性要比WPU相比前者更加优异,其分解温度在415℃,并且在温度达到了800℃后,还未被完全分解。因此,PVDF粘结剂被合理地应用到了商业电池中,但是,其在具体应用期间具有不易回收、价格高、采用挥发性有机溶剂等缺点,这也对其应用造成了一定的制约,而采用聚氨酯粘结剂则可以使PVDF在应用期间的各项缺点都可以得到解决。

 
5 结论

(1)将水性聚氨酯粘结剂应用在离子电池正极中,通过对其进行应用,取代传统的PVDF粘结剂,可以使正极膜剥离强度得到提高,满足应用需求。单纯的从耐热性来看,PVDF要比水性聚氨酯更加优异,但是从整体性能,以及经济型等多个方面来看,水性聚氨酯性能更加优异。

 

(2)将无污染、价格低的水性聚氨酯作为锂离子电池中正极粘结剂,其能够使锂电池在应用过程中的电化学性能能够得到进一步提高,因此,具有不错的应用前景。

 

为方便阅读,本文移除了脚注。如有需要,请参阅《电子元器件与信息技术,2020年6月,第4 卷 第6 期

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