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锂离子电池生产中30种问题分析汇总--10

10.羧甲基纤维素钠是什么?增稠剂?悬浮稳定剂?粘结剂?分散剂?保水剂?没错,这些都是羧甲基纤维素钠的特性,而且还不止于此,其光辉闪耀,应用广泛,引用一段文字来描述:
       
1)“CMC 是一种重要的纤维素醚,是天然纤维经过化学改性后所获得的一种水溶性好的聚阴离子纤维素化合物,易溶于冷热水。它具有乳化分散剂、固体分散性、不易腐蚀、生理上无害等不同寻常的和极有价值的综合物理、化学性质,是一种用途广泛的天然高分子衍生物。CMC 为白色或微黄色粉末、粒状或纤维状固体,无臭、无味、无毒。CMC 具有增稠、分散、悬浮、粘合、成膜、保护胶体和保护水分等优良性能,广泛应用于食品、医药、牙膏等行业。CMC 是一种大分子化学物质,能够吸水膨胀,在水中溶胀时,可以形成透明的粘稠胶液,在酸碱度方面表现为中性。固体CMC 对光及室温均较稳定,在干燥的环境中,可以长期保存。CMC 的优越性能如:增稠性、保水性、代谢惰性、成膜成形性、分散稳定性等,可用作增稠剂、保水剂、粘合剂、润滑剂、乳化剂、助悬浮剂、药片基质、生物基质和生物制品载体等。”

2)分子式:

3)制造工艺流程:

4)附上一份CMC成分表(系陶氏化学CRT 30000PA)

5)对于CMC品质来说,杂质控制的好差,直接决定了其使用性能也依据其应用范畴而不同,譬如食品用、药剂用、电池用、涂料用等等。这里插入一张图片,大概150倍所拍,不知有没有人能猜出这是什么。

(这个现象我在三家单位都遇到过,涵盖大赛璐、斯比凯克、邦维这三种CMC,负极浆料100目过筛,最终滤得团聚絮状物,清洗可得图中所示,目视略呈透明状纤维,那么判断这厮是啥,基本可以确定了吧?有没有高人可以更专业而形象的给小弟解释下呢?PS:你能想到的延长时间,40~50℃条件,小弟都试过,虽然没那么系统。)

6)加工性能:

(1)溶解性:(CMC的溶解均匀至关重要,看完下面这段话,你将会对匀浆工艺的湿法、干法多一点更深的理解)羧甲基纤维素易吸收水份,具有良好的水溶性,溶於冷水或热水成为胶体溶液。不溶於甲醇、乙醇、丙铜、氯仿及苯等有机溶剂。取代度是影响其水溶性的重要因素,粘度对水溶性的影响也很大。通常粘度在25mPa.s-50000mPa.s之间,取代度在0.3左右,呈碱溶性。取代度大于0.4即为水溶性。随着取代度的上升,溶液的透明度也相应改善。CMC的溶解,和其他高分子电介质相同,在溶解时,首先产生膨胀现象,然后逐渐溶解。所以在配制溶液时,应使各个粒子均匀润湿,才能迅速溶解。否则,它在水溶液中膨胀后,粒子间相互粘附形成很强的皮膜或胶团,使粒子不易分散,造成溶解困难。

(2)溶液粘度影响因素

A、溶液浓度的影响:无论高、中、低粘度的CMC,其粘度随溶液浓度的增加而上升,溶液浓度与粘度的对数值近似直线关系。

B、PH值的影响:1%CMC溶液的粘度在PH值6.5-9.0时最大且最稳定。一般说PH值在9.0-11.0的范围内粘度变化不太大。但当PH<6时,粘度迅速下降,并开始形成CMC酸,后者于PH≌2.5时即达完全;若PH>9时,粘度亦会下降,起初比较缓慢,但当PH>11.5时,开始急剧下降。这是因为未取代的羟基与碱分子结合,促进纤维素分散的结果。

C、温度的影响:CMC溶液的粘度随温度的升高而下降。冷却时,粘度即行回升,但当温度升至一定程度时,将发生永久性的粘度降低。但须指出,粘度降低和CMC取代度有密切关系,取代度越高,粘度受温度影响越小。

D、盐类的影响:各种无机盐等离子的存在会降低CMC溶液的粘度,盐类对粘度的影响几乎取决于阳离子的价数。一般是遇一价阳离子盐时呈水溶性,遇三价阳离子盐时呈不溶性盐,遇二价阳离子盐时,则介于一价和三价之间。

E、剪切速率/流速梯度的影响:因CMC溶液系非牛顿型流体,而是属于假塑性流体。其流动性质不能用简单的牛顿公式描述,但溶液的表观粘度仍是测定时流速梯度的函数。

F、关于粘度,不得不说这其中有太多的话题值得讨论,不过如果对于以上5点有足够理解,那么正常加工应该不在话下了。pH即在于杂质控制,尤其水;温度即在于过程控制,呵呵,这个过程可不简单噢;剪切速率,即流变性的研究了,这个就更复杂啊……
     
    以上,仅仅作为羧甲基纤维素钠的基本物化性质,那么究竟为何要选择它作为锂电负极水系浆料元老,而不是其他呢?这得从其出色的加工性能说起了。
     
其一,保水性:水系浆料,不言而喻,有经验的同仁应该理解,保水的重要性,失水导致固含量的变化而造成面密度的变差,那可是很坏的结果呦;同志们要控制好啊,嘿嘿
     
其二,悬浮稳定性:毋庸置疑,这个是浆料分散稳定最核心的存在。话不多说,请看图:

*这图不是很形象,简单说就是CMC的纤维布满整个浆料空间,将石墨颗粒阻隔开来。显然的,如果不添加CMC,浆料就沉降得跟淤泥一样了;再者,CMC-Na,作为聚阴离子型纤维素化合物,可与粉体形成双电层静电稳定作用。相关深入研究可自行检索,附上本人整理的一份资料,仅供参考。这里便又涉及到了胶体化学方面的知识了,比较高深,不敢逗留,前篇《匀浆涂布关键技术——终结篇》中提到过临界胶束浓度,其实隶属于胶体化学知识,只可怜现在呆的地方没有电导率仪,无法解决心中症结。(也建议有志于锂电技术的朋友择业的时候一定要留意其仪器配置。突然在想,要是哪个厂说他重视研发,而且还做动力电池,却没个电导率仪,我就只能说一句:呵呵。了)但是这样的体系发展了这么久,即可说明其科学性了;不知道论坛还有没有与这个体系齐名的老前辈在呢?

其三,涂布加工良好的流动性能、流平性能:
*“在涂布过程中,涂料处于各种不同的剪切条件下,调节正确的流变性能以维持涂料良好的运行性能是至关重要的。随着涂布速度不断增加,这显得更加重要了。”呵呵,水平有限,就提这么多。

*对于涂布的外观、极片的质地,CMC可是功劳最大的噢,虽然我也不是很懂,哈哈哈。

发布时间:2024/6/22 19:33:15 查看:80次

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