电极涂层在干燥过程中,毛细管力是产生裂纹的主要原因。当含有悬浮颗粒的湿涂层干燥时,首先所有颗粒都悬浮在溶剂中,随着溶剂蒸发,气液界面在干燥过程中到达涂层表面,颗粒之间的空气-溶剂界面的弯液面产生毛细管力,颗粒受到由毛细管力产生的垂直于气-液界面的压缩力,随着进一步干燥,气液界面进入涂层内部,毛细管作用力随着溶剂蒸发而增加,从而对颗粒施加进一步的压缩力。最终,涂层在某些关键点开裂以释放干燥应力。
根据临界开裂厚度影响因素来看:极片开裂和颗粒数量、半径,极片表面张力有很大关系。
实际生产中,常见负极极片干裂比较多,主要和浆料溶剂有关,负极溶剂是水,水相对于其他溶剂表面张力较高,干燥时极片所受的表面张力较高,所有更容易干裂。使用水/IPA 混合物作为电极浆料溶剂,以降低表面张力,从而避免开裂并提高电极性能。使用NMP或其他表面张力更小的溶剂,防止开裂。
生产中有验证对比不同材料的粘结剂对真空干燥时的影响,PVDF作为粘结剂,电极厚度增加时,电极即使在室温下风干,然后再真空干燥箱中真空干燥,电极开裂。把粘结剂换成聚丙烯酰胺时,电极干燥不开裂。
涂布干裂原因:
1) 粘合剂本身玻璃化温度较高,导致成膜温度高于涂布温度,成膜过程困难,导致表现出极片开裂的现象;
2) 另一种情况存在于水溶性粘合剂中,固化成膜时,粘合剂失水收缩严重,导致整个极片开裂,如水性 PAA 体系;
3) CMC 中有不溶纤维,涂布时会出现颗粒状气泡;
4) SBR 中乳化剂太多,乳化剂实际上相当于表面活性剂的作用,它平衡了气泡的表面张力,使得气泡无法去除;
对策:
1) 如果是因为粘合剂本身成膜温度过高造成的涂布外观差,可以换用其他成膜温度低的粘合剂;
2) 对于水性的 PAA 体系,我们采用的是加入 EC 增塑的办法,对改善极片开裂有明显的帮助:
3) 选用不溶物少的 CMC,如 EV 量产配方中 MAC500 替代 CMC2200;
4) 减少 SBR 乳化剂用量
涂布针孔原因:
1).箔材不洁净;
2).导电剂未分散;
3).负极主体材料未分散;
4).配方中有些成分中有杂质;
5).导电剂颗粒不均匀,分散困难;
6).负极颗粒不均匀,分散困难;
7).配方材料本身存在质量问题;
8).搅拌锅未清洗干净,造成锅内有干粉残留。
对策:
1).箔材洁净度清洁;
2).导电剂处排查理;
3).来料排查,异物颗粒、浆料细度检查;
4) . 搅拌设备异物清洁;