钜大LARGE | 点击量：9097次 | 2021年12月13日
简析锂离子电池CMC粘结剂的特征与应用
粘结剂是锂离子电池中重要的辅助功能材料之一，是整个电极的力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要的影响。粘结剂本身没有容量，在电池中所占的比重也很小。
除了一般的粘结剂所具有的黏接性能之外，锂离子电池电极粘结剂材料还需要能够耐受电解液的溶胀和腐蚀，以及承受充放电过程当中的电化学腐蚀作用，在电极的工作电压范围内保持稳定，因此，可以用作锂离子电池电极粘结剂的聚合物材料并不多。
目前得到广泛应用的锂离子电池粘结剂主要有三大类：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）乳液和羧甲基纤维素（CMC），此外，以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作为主要成分的水性粘结剂也占有一定市场。
电池级CMC四大特点
由于羧甲基纤维素酸式结构的水溶性不好，为了能够更好地对其进行应用，在电池生产中，CMC是使用非常广泛的材料。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
CMC产品作为水性体系负极材料的主要粘合剂，被国内外电池制造企业广泛采用，最佳量的粘合剂可以获得比较大的电池容量、较多的循环寿命和比较低的内阻。
CMC的四大特点有：
第一，CMC可以使产品的亲水性和溶解性好，完全溶于水，没有游离纤维和杂质。
第二，取代度均匀且粘度稳定，可以提供稳定的粘度和附着力。
第三，制作出高纯度产品，并且是属于低金属离子含量。
第四，产品与SBR胶乳和其他材料配合使用具有良好的相容性。
电池使用的CMC羧甲基纤维素钠，将它所具有的使用效果有了质一样的提升，而且同时也为它提供了良好的使用性能，有了现在的使用效果。
CMC在电池中的作用
CMC是纤维素的羧甲基化衍生物，通常由天然的纤维素和苛性碱及一氯醋酸反应后而制得，分子量由几千到百万。
CMC为白色至淡黄色粉末、粒状或纤维状物质，吸湿性强，易溶于水，在中性或碱性时，溶液呈高粘度液。80℃以上长时间加热，粘性降低，在水中不溶。加热至190——205℃时呈褐色，至235——248℃时炭化。
因为CMC在水溶液中有增稠、粘结、保水、乳化及悬浮作用，因此广泛应用于陶瓷、食品、化妆品、印染、造纸、纺织、涂料、粘结剂和医药等领域，高端陶瓷和锂电池领域约占7%左右，俗称“工业味精”。
具体到电池中，CMC的作用有：对负极活性材料及导电剂起到分散作用；对负极浆料起到增稠及防沉降作用；辅助粘结作用；稳定电极的加工性能，辅助改善电池循环性能；提高极片的剥离强度等。
CMC的性能与挑选
在制作电极浆料的时候加入CMC，能提高浆料粘度和防止浆料沉淀。CMC在水溶液中会分解出钠离子和阴离子，CMC胶液粘度会随着温度的升高而降低，容易吸潮，弹性较差。
CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。随着CMC量增加，其分解产物将附着在石墨颗粒表面，石墨颗粒之间由于静电作用力而相互排斥，达到很好分散效果。
CMC的明显缺点是比较脆，如果全部选用CMC作为粘结剂，极片在压片、分切过程中石墨负极出现坍塌会出现严重的掉粉情况。同时，CMC受电极材料配比、pH值的影响较大，充放电时极片可能会龟裂，直接影响电池的安全性。
最初，负极搅拌使用的粘结剂是PVDF等油系粘结剂，但考虑到环保等因素，现在负极选用水系粘结剂已成为主流。
完美的粘结剂并不存在，要尽量挑选符合物理加工及电化学要求的粘结剂。随着锂电技术的发展，以及成本及环保问题，水性粘结剂将会最终替代油性粘结剂。
CMC两大制造工艺
按醚化介质的不同，CMC的工业生产可分为水媒法和溶媒法两大类。以水作为反应介质的方法叫做水媒法，用于生产碱性中低档CMC。以有机溶剂作为反应介质的方法，叫做溶媒法，适用于生产中高档CMC。这两种反应都是在捏合机中进行的，属于捏合法工艺，是目前生产CMC的主要方法。
【水媒法】一种较早的工业生产工艺，该方法是将碱纤维素与醚化剂在游离碱和水的条件下进行反应，用于制备中低档CMC产品，如洗涤剂、纺织上浆剂等。水媒法的优点是对设备要求较简单，成本低；缺点是因为缺乏大量液体介质，反应产生的热量使温度升高，加快了副反应的速度，导致醚化效率低，产品质量差等。
【溶媒法】又称有机溶剂法，按反应稀释剂用量的多少分为捏合法和淤浆法，其主要特点是碱化和醚化反应是在有机溶剂做反应介质（稀释剂）的条件下进行的。和水媒法的反应过程一样，溶媒法也由碱化和醚化两个阶段组成，只是这两个阶段的反应介质不同。溶媒法的优点是省去了水媒法所固有的浸碱、压榨、粉碎、老化等工序，碱化、醚化均在捏和机中进行；缺点是温度可控性相对较差，空间要求、成本较高。
首批超纯CMC交付
近日，诺力昂开始交付首批AkuPure™（一种专门针对锂电池的CMC）。AkuPure满足锂电池对原材料的超高纯度要求（大于99.5％），可用于改善电池负极涂层生产工艺，通过更有效地保持和输送电能来提高电池效率。
诺力昂产品总监Geert-JanBeijering指出：“锂电池市场的客户需要超纯CMC，CMC中的杂质会影响电池本身的性能以及生产效率，AkuPure所具备的一些特性对电池生产过程至关重要，例如溶解速度快、不溶物含量低。对该领域的客户来说，最重要的是能够在各种温度条件下频繁充放电而不损失性能。”
据悉，诺力昂首批交付的AkuPure产品针对中国客户量身定制并陆续供应中国市场。
当前，动力电池产业链各个环节都有降本需求，要实现有效降本，电芯前工序制作在锂电池电芯生产过程中越来越重要。电池联盟
