粘结剂pvdf温度及区间分布对粘结性的影响

粘结剂pvdf温度及区间分布对粘结性的影响

极膏涂料后的干燥过程是电极涂层加工中的一个重要过程。在涂层干燥过程中，应提取大量溶剂。溶剂的分离率和干燥温度直接影响涂层的流变性，溶剂的运动数量和方向对粘合剂的迁移有强烈影响。因此，涂层的干燥条件是影响粘合剂迁移的主要因素，这对极板涂层材料的脱离强度有一定影响。对于涂布机烘干段而言,不同的烘干温度和区间设置对粘结剂的迁移和其粘结性能的发挥也有不同程度的影响。粘结剂迁移是指随着溶剂NMP的烘出,粘结剂含量在极片截面呈现出由集流体至表层依次升高的现象。本文主要针对A1正极浆料进行研究,优化烘干温度区间的设置,旨在找到最适合粘结性能发挥的烘干温度区间,同时为其它体系极片的烘干方式提供参考模式。1实验1.1原材料所有测试浆料均取自A1正极浆料,正极所用铝箔厚度20μm,所用粘结剂表征见表1。1.2材料、试剂和测量方法涂布设备:实验用小涂布机,型号为日本宝泉株式会社生产的HSCP-250W型,如无特殊说明均采用实验用小涂布机。烘干设备:实验室鼓风干燥箱,型号为天津三水科学仪器有限公司生产的ZK016-3-1型,最高有效烘干温度为150℃,如无特殊说明均采用实验室鼓风干燥箱。表征方法:剥离强度(使用型号为INSTRON2366的万能材料试验机);电阻率(使用型号为RTS-8的四探针仪器);电解液浸润性。2结果与讨论2.1温度对粘结剂剥离强度的影响适当的结晶性可以提高粘结剂材料本身的内聚强度和初粘力,有利于粘结。聚合物的结晶性越好,其结构越规则,熔融所需的热量越高。因此本实验配置了5%的PVDF-X和PVDF-Y两种型号的粘结剂溶液,涂布后经不同温度烘干,进行DSC测试。利用DSC测定的熔融焓结果来表征粘结剂在不同温度下的结晶性能,结果如图1所示。随着温度的升高,粘结剂的熔融焓和温度呈正相关,即温度越高其结晶性越好,结晶性越好其粘结性越好。图2所示为8%的PVDF-X粘结剂溶液涂布后所测试的剥离强度的表征。与图1结果相对应,随着温度的升高,剥离强度与其呈正相关,150℃烘干后的剥离强度最大。烘干温度对剥离强度有显著影响。2.2涂层胶结性和厚度将A1正极浆料涂布后的极片进行烘干,测其剥离强度,结果见图3所示。可以看出不同温度下其剥离强度存在显著差别。A1正极浆料的剥离强度随温度的升高呈明显的“S”形分布,120℃时为波谷,150℃时为波峰,这充分说明了在120℃时涂层中粘结剂的迁移相对于其粘结性的发挥占主导地位。而在150℃时其结晶性最佳,粘结性发挥最好,由其产生的粘结力占主导地位。表2为A1正极浆料不同温度烘干后的电阻率数据结果。150℃下的平均值为26.86Ω·cm,从最大百分比变化和径向不均匀度的数值来看,涂层内部导电网络分布相对比较均匀,导电性较好。对A1极片的电解液浸润性也进行了测试,结果如图4所示,单一温度对A1极片的浸润性没有显著的影响。2.3温度设置对剥离强度的影响取A1正极浆料,采用涂布设备进行浆料涂布后用实验室鼓风干燥箱来模拟2-2(即模拟涂布设备的4个温控区,前两段温度设置相同,后两段温度设置相同)区间烘干。温度设置及剥离强度测试结果详见图5。从图中可以看出A1浆料在2-2区间烘干中,90~150℃的温度设置下其极片的剥离强度值最大,120~150℃的温度设置时剥离强度最小。这也充分说明了A1浆料涂层在120℃时其粘结剂发生了迁移,即使后续烘干温度为150℃,也不能挽回粘结性的损失。A1涂层电阻率测试数据见表3。90~150℃温度设置下涂层的电阻率相对较低,导电网络比较均匀。图6分别为A1正极极片2-2分区烘干后的电解液浸润性测试结果。可以看出,分区烘干不同温度对A1正极的浸润性没有明显影响。针对A1正极浆料,为了找到最佳的温度区间设置,同时还设计了3-1和1-3温度区间的对比实验,结果如图7所示。Z轴为剥离强度值,X轴为温度区间的分布,Y轴为区间温度的设置。从图中可以明显的看出,无论哪种区间分布,剥离强度曲线均呈相同趋势分布,含有150℃的温度区间其剥离强度相对较高,2-2区间设置下的剥离强度均明显高于1-3和3-1区间。从上述实验数据可以看出,对A1正极浆料使用2-2区间分布,烘干温度设置为90~150℃涂布后极片粘结性能最佳。3斜拉值测试通过上述实验结果,得出如下结论:(1)对粘结剂的初粘力,存在一个最佳烘干温度。对PVDF-X来说,在设备实际应用温度范围内,150℃烘干后其粘结性发挥最好,涂层剥离强度值最大。(2)极片的剥离强度值在烘干阶段主要受两种因素影响:粘结剂的迁移和最佳粘结性的发挥。在不同温度下,两者共同作用,但存在谁占主导的问题。如果粘结剂的迁