朱正軍：SBR對鋰離子電池生產(chǎn)效率以及低溫性能的影響
5月23日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會展覽會在深圳會展中心開幕。盛禧奧聚合物（張家港）有限公司朱正軍在技術(shù)交流會上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
大家下午好！我是來自張家港盛禧奧聚合公司，我會和大家分享SBR對鋰離子電池生產(chǎn)效率以及低溫性能的影響。
今天的報(bào)告分為以下幾部分：1、盛禧奧公司。2、SBR連接機(jī)理方面的探討。3、和大家分析粘固問題產(chǎn)生的原因，哪些原因和SBR相關(guān)，如何解決。4、關(guān)于電池低溫性能以及SBR低溫性能中扮演什么樣的角色。
盛禧奧這個(gè)名字大家可能不熟悉，但是盛禧奧在2010年之前是陶氏（音）的一部分，2014年在美國紐交所上市。過去70年，會看到我們從陶氏化學(xué)20世紀(jì)40年代已經(jīng)發(fā)明SBR的合成技術(shù)，70年以來我們一直是定本教育（音）技術(shù)的世界領(lǐng)先者，也是最大的SBR生產(chǎn)商。全球一共2200人，16家工廠，11家研發(fā)中心，產(chǎn)值44億美金。這個(gè)圖中看到藍(lán)色的方塊是全球SBR生產(chǎn)的工廠，我們?nèi)騍BR工廠一共有9個(gè)，其中3個(gè)是在亞洲，分別位于中國的張家港、韓國的巫山以及印尼的孔雀港。圖中標(biāo)記出來的兩個(gè)位置是我們電池級SBR的研發(fā)和應(yīng)用測試中心。我們的電池級SBR的合成是在德國，應(yīng)用測試中心在上海。
這張圖是對張家港工廠的介紹，張家港工廠一共有5萬平方米，去年的生產(chǎn)SBR總量的131萬噸，我們是高度自動化的工廠，保持產(chǎn)品的穩(wěn)定新。通過高度自動化能達(dá)到比較高的設(shè)備穩(wěn)定性，設(shè)備穩(wěn)定性高達(dá)99%，高于業(yè)界的平均水平的5%。我們連續(xù)6年達(dá)到公司內(nèi)部的平衡指標(biāo)，零傷害、零過程控制安全事故，我們是十分注重企業(yè)生產(chǎn)效率以及環(huán)境的公司。
電池應(yīng)用測試中心在上海，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中能進(jìn)行從SBR的基本性能測試到SBR膜的結(jié)構(gòu)以及SBR的粘結(jié)力各個(gè)方面的測試，包括軟包電池的性能檢測等等。
這部分想和大家探討SBR的連接機(jī)理。左邊的表格是我進(jìn)行理論上的計(jì)算，這三部分是，如果我們從電池負(fù)極的組成來看，在其中石墨如果用96.5份、SBR1.5份，通過理論計(jì)算可以看到，如果在100克干份的物料中，這三種比表面有多大，可以看到比表面積是3平方米，但是碳黑是2060，為什么要進(jìn)行這個(gè)計(jì)算？從這個(gè)計(jì)算當(dāng)中可以看到石墨的比表面是里面最小的，SBR有相當(dāng)一部分會覆蓋在石墨的表面，我用下面的示意圖更好的顯示，SBR會覆蓋在石墨的表面以及石墨的中間，形成連接的橋梁作用。同時(shí)要指出用SBR的逆境只有150納米左右，單個(gè)SBR沒有連接力，必須由很多SBR結(jié)合在一起形成SBR膜再形成連接力。SBR更多的連接是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，把石墨與石墨中間、石墨和碳黑、石墨和銅箔聯(lián)結(jié)在一起。
為什么要介紹SBR和SBR的連接機(jī)理？它的成膜特性和后面的很多性能在一起，黏滾現(xiàn)象產(chǎn)生了，黏滾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是什么？以及SBR性能對黏滾有那些方面的影響？通過SBR的設(shè)計(jì)，如何避免黏滾現(xiàn)象或者減少黏滾現(xiàn)象？下面和SBR比較相關(guān)的，就是我們常見的黏滾分為幾類，一是圖層的缺陷，如果圖層本有些凹凸起伏不平，如意出現(xiàn)黏滾現(xiàn)象，因?yàn)闀霈F(xiàn)應(yīng)力級重點(diǎn)。這個(gè)解決可以通過我們調(diào)整涂布的留變，更好控制涂布機(jī)的運(yùn)行效率SBR遷移，我們可以優(yōu)化干燥的曲線，另外一方面可以通過提高鈷含量。隨著鈷含量的提升，SBR的遷移會有比較大幅度的下降。和SBR的連接力直接相關(guān)，SBR連接力不夠，我們其實(shí)就是滾，滾表面和涂層表面以及銅箔表面幾個(gè)界面大小的對比，如果我們滾和涂層表面的力，就是大于石墨層和銅箔之間的力，涂層就會剝離。第二個(gè)需要考慮的是涂層表面的黏性，這是和SBR黏性相關(guān)，明確的解決思路是SBR膜是翻黏，如何減少它的黏性？為了解決這個(gè)問題，首先是引入SBR動態(tài)力學(xué)性能的概念，從單詞可以分兩部分，一個(gè)是彈性，一個(gè)是黏性，彈性是指彈簧一樣，當(dāng)你外力撤除之后會恢復(fù)原來的狀態(tài)，黏性像水一樣，給它力之后發(fā)生流動，但是力撤除之后依然像水一樣流動，它會保持力撤除那一刻的狀態(tài)。黏彈性是兩個(gè)狀態(tài)的結(jié)合。其實(shí)對我們所有的物質(zhì)，甚至液體、固體，更多是黏性和彈性的綜合體，我們稱之為黏彈性，高聚物，這張圖是高聚物、黏彈性變化的狀態(tài)，從最初的剝離態(tài)到剝離轉(zhuǎn)化態(tài)到最后的黏流態(tài)，隨著溫度的升高，我們可以看到整個(gè)性能的變化是和溫度息息相關(guān)的。但是有另外一個(gè)概念，時(shí)溫等效效應(yīng)，你作用的時(shí)間和作用的溫度是可以相互轉(zhuǎn)化、相互計(jì)算的，你長時(shí)間低頻率的作用，其實(shí)相當(dāng)于溫度很高的狀態(tài)，而短時(shí)間也可以相當(dāng)于比較低的溫度，通過這個(gè)計(jì)算，可以把工廠上，特別是黏滾過程的參數(shù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)化。你會看到，計(jì)算公式不給大家詳細(xì)介紹，根據(jù)在極片壓實(shí)的過程中輸入?yún)?shù)，計(jì)算，這里采取的參數(shù)是我們的幅寬30厘米，速度是10米每分鐘，我們的溫度是室溫，25度，通過轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為70華氏度，所對應(yīng)的溫度是是看黏彈性的區(qū)間是15度左右。
根據(jù)這張圖會看到SBR反饋的區(qū)間，不同的SBR隨著溫度變化黏彈性不一樣，一個(gè)A SBR，一個(gè)B SBR，溫度低的區(qū)域，A高于B，在區(qū)間在10度到110度中間，B是高于A，有意思的地方是SBR B剝離溫度比A還要低。而我們普通的概念就覺得如果溫度低，剝離化溫度更低SBR表面更黏，我們可以通過特殊的技術(shù)調(diào)整SBR的黏彈性，從而影響到我們在特定條件下SBR黏彈性的現(xiàn)象。
如何把SBR的黏彈性和黏滾現(xiàn)象做聯(lián)系呢？黏滾比較難量化，我們采用簡單的方法，把涂好的極片放兩張A4紙進(jìn)行滾壓，把上面的A4紙，通過滾壓之后，一部分石墨粉末轉(zhuǎn)移到深面的A4紙，接著用儀器紙測量，通過這個(gè)紙Brightness的表現(xiàn)來看黏滾表現(xiàn)。通過這個(gè)對比可以發(fā)現(xiàn)，紅線表示的區(qū)域，我們發(fā)現(xiàn)B的彈性膜量高于A，而紙張上面，我們看到被轉(zhuǎn)移的石墨量的多少，會發(fā)現(xiàn)B白度有明顯的區(qū)分度。我們可以調(diào)整控制SBR的存儲膜量和黏彈性來改善黏滾性能。
SBR對低溫性能產(chǎn)生的影響，電池在低溫條件下，電池與常溫條件有顯著的差異，這是困擾我們很重要的因素，不否認(rèn)，我們可以通過很多不同的例如電解液，包括圖騰結(jié)構(gòu)等等方面來提升，我們今天想看到的是看一下SBR這個(gè)小材料對電池的低溫是否具有一定的影響。
在開始之前，這是之前看到的一篇研究文章，低溫條件下，通過看電池里面的EX阻抗，我們發(fā)現(xiàn)電池的三個(gè)阻抗，RB、RSEI和CT會有不同的變化，中間比較有意思的地方我們可以看到，隨著溫度的下降，雖然這三個(gè)阻抗都在上升，也就是電池的內(nèi)阻上升，但是RCT的上升幅度更大，升得更高。這樣很直接的解決方案是，如果我們可以降低低溫條件下的RCT，我們就有可能提升電池的低溫表現(xiàn)。
我用一個(gè)示意圖表示，充電過程中，前面講到SBR的膜會覆蓋石墨一定的比表面積，這樣這些石墨被覆蓋的SBR膜進(jìn)行阻礙作用，我一直認(rèn)為SBR是非導(dǎo)電的物質(zhì)，我們只能減少對SBR的傳輸功能，不能提升，我們想辦法減緩，我們可以想辦法，如果鋰離子傳輸更慢，我們可以看到鋰離子的潛入更少，更快的鋰離子傳輸，鋰離子嵌入更多，我們通過測試電解液和SBR膜之間的表征來看它的浸潤性。看到兩個(gè)不同SBR之間的接觸有明顯區(qū)別，大的接觸表是浸潤性效果差，通過電池的對比，我們明顯發(fā)現(xiàn)D的接觸比較小，接觸性能比C的表現(xiàn)高一些。雖然這個(gè)幅度不會有別的提升那么高，但是對于SBR來說，對電池性能是明顯的提升。
今天想和大家分享的總體是三部分：一是SBR的粘結(jié)劑，通過成膜，然后把電池中的石墨，電池負(fù)極的石墨、碳黑和銅箔點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)結(jié)在一起。通過SBR的設(shè)計(jì)，在特定條件下，在壓實(shí)的過程中提升SBR的儲能膜量，通過這個(gè)來提升減緩SBR的黏滾。通過提升SBR的浸潤性提升電池的低溫性能。
謝謝大家！
主持人：你剛剛畫的圖，是離子導(dǎo)體嗎，離子可以過去嗎？
朱正軍：過不去，SBR是非導(dǎo)電性，而且是致密的膜，只能從旁邊繞過去。并且因?yàn)檫@個(gè)膜不是覆蓋所有的比表面，然后繞過去，從中間嵌入。
主持人：不光SBR，還有CMC，這之中的協(xié)同效應(yīng)沒有討論？
朱正軍：CMC更多是分子狀物質(zhì)，不成膜，這方面從離子導(dǎo)體來說和SBR有區(qū)別，為了簡化模型沒有放上去。
提問：SBR對電解液的性能是通過什么方式改善性能的？
朱正軍：SBR從合成角度有不同的手段，對SBR采用不同的合成單體，通過單體調(diào)整，包括SBR表面的調(diào)整來去使SBR具有不同的性能，包括我們解耦、凝膠等方面都有調(diào)整，這樣不同的SBR會表現(xiàn)不同的對電解液的浸潤性。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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