粘結(jié)劑pvdf溫度及區(qū)間分布對(duì)粘結(jié)性的影響

粘結(jié)劑pvdf溫度及區(qū)間分布對(duì)粘結(jié)性的影響

極膏涂料后的干燥過(guò)程是電極涂層加工中的一個(gè)重要過(guò)程。在涂層干燥過(guò)程中，應(yīng)提取大量溶劑。溶劑的分離率和干燥溫度直接影響涂層的流變性，溶劑的運(yùn)動(dòng)數(shù)量和方向?qū)φ澈蟿┑倪w移有強(qiáng)烈影響。因此，涂層的干燥條件是影響粘合劑遷移的主要因素，這對(duì)極板涂層材料的脫離強(qiáng)度有一定影響。對(duì)于涂布機(jī)烘干段而言,不同的烘干溫度和區(qū)間設(shè)置對(duì)粘結(jié)劑的遷移和其粘結(jié)性能的發(fā)揮也有不同程度的影響。粘結(jié)劑遷移是指隨著溶劑NMP的烘出,粘結(jié)劑含量在極片截面呈現(xiàn)出由集流體至表層依次升高的現(xiàn)象。本文主要針對(duì)A1正極漿料進(jìn)行研究,優(yōu)化烘干溫度區(qū)間的設(shè)置,旨在找到最適合粘結(jié)性能發(fā)揮的烘干溫度區(qū)間,同時(shí)為其它體系極片的烘干方式提供參考模式。1實(shí)驗(yàn)1.1原材料所有測(cè)試漿料均取自A1正極漿料,正極所用鋁箔厚度20μm,所用粘結(jié)劑表征見(jiàn)表1。1.2材料、試劑和測(cè)量方法涂布設(shè)備:實(shí)驗(yàn)用小涂布機(jī),型號(hào)為日本寶泉株式會(huì)社生產(chǎn)的HSCP-250W型,如無(wú)特殊說(shuō)明均采用實(shí)驗(yàn)用小涂布機(jī)。烘干設(shè)備:實(shí)驗(yàn)室鼓風(fēng)干燥箱,型號(hào)為天津三水科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的ZK016-3-1型,最高有效烘干溫度為150℃,如無(wú)特殊說(shuō)明均采用實(shí)驗(yàn)室鼓風(fēng)干燥箱。表征方法:剝離強(qiáng)度(使用型號(hào)為INSTRON2366的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī));電阻率(使用型號(hào)為RTS-8的四探針儀器);電解液浸潤(rùn)性。2結(jié)果與討論2.1溫度對(duì)粘結(jié)劑剝離強(qiáng)度的影響適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶性可以提高粘結(jié)劑材料本身的內(nèi)聚強(qiáng)度和初粘力,有利于粘結(jié)。聚合物的結(jié)晶性越好,其結(jié)構(gòu)越規(guī)則,熔融所需的熱量越高。因此本實(shí)驗(yàn)配置了5%的PVDF-X和PVDF-Y兩種型號(hào)的粘結(jié)劑溶液,涂布后經(jīng)不同溫度烘干,進(jìn)行DSC測(cè)試。利用DSC測(cè)定的熔融焓結(jié)果來(lái)表征粘結(jié)劑在不同溫度下的結(jié)晶性能,結(jié)果如圖1所示。隨著溫度的升高,粘結(jié)劑的熔融焓和溫度呈正相關(guān),即溫度越高其結(jié)晶性越好,結(jié)晶性越好其粘結(jié)性越好。圖2所示為8%的PVDF-X粘結(jié)劑溶液涂布后所測(cè)試的剝離強(qiáng)度的表征。與圖1結(jié)果相對(duì)應(yīng),隨著溫度的升高,剝離強(qiáng)度與其呈正相關(guān),150℃烘干后的剝離強(qiáng)度最大。烘干溫度對(duì)剝離強(qiáng)度有顯著影響。2.2涂層膠結(jié)性和厚度將A1正極漿料涂布后的極片進(jìn)行烘干,測(cè)其剝離強(qiáng)度,結(jié)果見(jiàn)圖3所示。可以看出不同溫度下其剝離強(qiáng)度存在顯著差別。A1正極漿料的剝離強(qiáng)度隨溫度的升高呈明顯的“S”形分布,120℃時(shí)為波谷,150℃時(shí)為波峰,這充分說(shuō)明了在120℃時(shí)涂層中粘結(jié)劑的遷移相對(duì)于其粘結(jié)性的發(fā)揮占主導(dǎo)地位。而在150℃時(shí)其結(jié)晶性最佳,粘結(jié)性發(fā)揮最好,由其產(chǎn)生的粘結(jié)力占主導(dǎo)地位。表2為A1正極漿料不同溫度烘干后的電阻率數(shù)據(jù)結(jié)果。150℃下的平均值為26.86Ω·cm,從最大百分比變化和徑向不均勻度的數(shù)值來(lái)看,涂層內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)分布相對(duì)比較均勻,導(dǎo)電性較好。對(duì)A1極片的電解液浸潤(rùn)性也進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果如圖4所示,單一溫度對(duì)A1極片的浸潤(rùn)性沒(méi)有顯著的影響。2.3溫度設(shè)置對(duì)剝離強(qiáng)度的影響取A1正極漿料,采用涂布設(shè)備進(jìn)行漿料涂布后用實(shí)驗(yàn)室鼓風(fēng)干燥箱來(lái)模擬2-2(即模擬涂布設(shè)備的4個(gè)溫控區(qū),前兩段溫度設(shè)置相同,后兩段溫度設(shè)置相同)區(qū)間烘干。溫度設(shè)置及剝離強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)圖5。從圖中可以看出A1漿料在2-2區(qū)間烘干中,90~150℃的溫度設(shè)置下其極片的剝離強(qiáng)度值最大,120~150℃的溫度設(shè)置時(shí)剝離強(qiáng)度最小。這也充分說(shuō)明了A1漿料涂層在120℃時(shí)其粘結(jié)劑發(fā)生了遷移,即使后續(xù)烘干溫度為150℃,也不能挽回粘結(jié)性的損失。A1涂層電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。90~150℃溫度設(shè)置下涂層的電阻率相對(duì)較低,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)比較均勻。圖6分別為A1正極極片2-2分區(qū)烘干后的電解液浸潤(rùn)性測(cè)試結(jié)果?？梢钥闯?分區(qū)烘干不同溫度對(duì)A1正極的浸潤(rùn)性沒(méi)有明顯影響。針對(duì)A1正極漿料,為了找到最佳的溫度區(qū)間設(shè)置,同時(shí)還設(shè)計(jì)了3-1和1-3溫度區(qū)間的對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖7所示。Z軸為剝離強(qiáng)度值,X軸為溫度區(qū)間的分布,Y軸為區(qū)間溫度的設(shè)置。從圖中可以明顯的看出,無(wú)論哪種區(qū)間分布,剝離強(qiáng)度曲線(xiàn)均呈相同趨勢(shì)分布,含有150℃的溫度區(qū)間其剝離強(qiáng)度相對(duì)較高,2-2區(qū)間設(shè)置下的剝離強(qiáng)度均明顯高于1-3和3-1區(qū)間。從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,對(duì)A1正極漿料使用2-2區(qū)間分布,烘干溫度設(shè)置為90~150℃涂布后極片粘結(jié)性能最佳。3斜拉值測(cè)試通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出如下結(jié)論:(1)對(duì)粘結(jié)劑的初粘力,存在一個(gè)最佳烘干溫度。對(duì)PVDF-X來(lái)說(shuō),在設(shè)備實(shí)際應(yīng)用溫度范圍內(nèi),150℃烘干后其粘結(jié)性發(fā)揮最好,涂層剝離強(qiáng)度值最大。(2)極片的剝離強(qiáng)度值在烘干階段主要受兩種因素影響:粘結(jié)劑的遷移和最佳粘結(jié)性的發(fā)揮。在不同溫度下,兩者共同作用,但存在誰(shuí)占主導(dǎo)的問(wèn)題。如果粘結(jié)劑的遷