Die elektrochemische Speicherung ist die effizienteste Art, Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern. Spitzenreiter bei der elektrochemischen Energiespeicherung ist die Lithium-Ionen-Batterie (LIB). Traditionell erforderte die Elektrodenproduktion für LIBs die Verwendung gefährlicher Lösungsmittel wie NMP aufgrund der Fluorpolymere, die das aktive und leitfähige Material auf dem Stromkollektor zusammenhalten. Diese lösungsmittelbasierten Bindemittelsysteme sind ein entscheidender Faktor für die Kosten und Umweltfreundlichkeit von LIBs.
Die Rolle eines Bindemittels in Lithium-Ionen-Batterieelektroden
Batterieelektroden bestehen aus drei Hauptkomponenten: dem aktiven Material, einem leitfähigen Zusatzstoff und einem polymeren Bindemittel. Das aktive Material sorgt für die elektrochemischen Reaktionen, die zum Betrieb der Batterie nötig sind, und das leitfähige Material erleichtert den Stromfluss. Das polymere Bindemittel wird oft übersehen, aber es wird verwendet, um während der Herstellung die mechanische Integrität der Elektrode zu gewährleisten und eine optimale Dispersion und Haftung des aktiven Materials und des leitfähigen Zusatzstoffs am Stromkollektor zu gewährleisten. Traditionell wurden zu diesem Zweck Fluorpolymere wie PVDF verwendet, aber mit steigender Nachfrage nach LIBs besteht die Notwendigkeit, auf umweltfreundlichere „grüne“ Bindemittel umzusteigen.
Wässrige Bindemittel vs. Lösungsmittelbindemittel
Wie oben erwähnt, geben lösemittelbasierte Bindemittel hinsichtlich Umweltauswirkungen, Herstellung und Kosten von Lithium-Ionen-Batterien Anlass zu zahlreichen Bedenken. Die Vorteile der Verwendung eines wässrigen Bindemittels wie TEXTURECEL™ gegenüber einem lösemittelbasierten Polymer werden im Folgenden erläutert.
Umweltauswirkungen
Als Elektrodenbinder verwendete Fluorpolymere sind selbst teratogen und mutagen. Außerdem erfordern sie die Verwendung gefährlicher Lösungsmittel wie NMP, deren Verwendung in vielen Ländern aufgrund der möglichen schwerwiegenden und irreversiblen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt streng reglementiert ist. Alternativ dazu sind wässrige Bindemittel wie TEXTURECEL™ Carboxymethylcellulose ungefährlich und erfordern bei der Herstellung lediglich die Verwendung von Wasser. Darüber hinaus führen die niedrige Trocknungstemperatur und die verkürzte Trocknungszeit der wässrigen Bindemittel von TEXTURECEL™ zu einer deutlichen Verringerung der Kohlendioxid-Emissionen.
Herstellung
Die Schlammherstellung aus lösungsmittelbasierten Elektrodenbindern erfordert spezielle Belüftungssysteme zum Schutz der Arbeiter und das Lösungsmittel muss während des Trocknungsschritts zurückgewonnen werden, um eine Freisetzung in die Umwelt zu verhindern. Für die Herstellung wasserbasierter Elektrodenschlämme ist nur standardmäßige persönliche Schutzausrüstung erforderlich und es gibt keinen zusätzlichen Schritt zur Rückgewinnung eines gefährlichen Lösungsmittels während des Trocknens. Außerdem trocknen wässrige Bindemittel schneller als lösungsmittelbasierte Bindemittel, was eine Produktionssteigerung ermöglicht.
Kosten
Wässrige Bindemittel wie TEXTURECEL™ CMC sind erheblich günstiger als Fluorpolymere wie PvDF (normalerweise 2-3X). Das für Fluorpolymere erforderliche NMP ist im Vergleich zu Wasser ebenfalls ziemlich teuer. Diese Kosteneinsparungen sind zwar erheblich, die größten Einsparungen ergeben sich jedoch durch den Wegfall des Lösungsmittelrückgewinnungsschritts. Dieser Prozess kann bis zur Hälfte der Produktionskosten von Elektroden ausmachen, und wenn er wegfällt, kann er die Produktionskosten von Lithium-Ionen-Batterien erheblich senken.
TEXTURECEL™ Natriumcarboxymethylcellulose
Das in Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien am häufigsten verwendete wässrige Bindemittel ist Carboxymethylcellulose (CMC). TEXTURECEL™ CMC weist eine extrem hohe Reinheit (> 99,5 %), einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt, maßgeschneiderte Substitutionsgrade und eine ausgezeichnete Qualitätskonsistenz auf. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Vorteile von TEXTURECEL™ für LIB-Elektroden.
Optimale Dispersion von aktivem Material und leitfähigem Zusatzstoff.
Mechanische Integrität während der Herstellung und des Zyklus.
Starke Haftung am Stromkollektor verbessert die Kapazität
