Elektrochemische opslag is de meest efficiënte manier om energie op te slaan die is geproduceerd uit hernieuwbare bronnen. De lithium-ionbatterij (LIB) is koploper op het gebied van elektrochemische energieopslag. Traditioneel vereist de productie van elektroden voor LIB's het gebruik van gevaarlijke oplosmiddelen zoals NMP vanwege de fluorpolymeren die worden gebruikt om het actieve en geleidende materiaal bij elkaar te houden op de stroomcollector. Deze op oplosmiddelen gebaseerde bindmiddelsystemen zijn een drijvende factor in de kosten en milieuvriendelijkheid van LIB's.
De rol van een bindmiddel in lithium-ionbatterij-elektroden
Batterij-elektroden bestaan uit 3 hoofdcomponenten: het actieve materiaal, een geleidend additief en een polymeer bindmiddel. Het actieve materiaal zorgt voor de elektrochemische reacties die nodig zijn om de batterij van stroom te voorzien en het geleidende materiaal helpt de elektriciteitsstroom te vergemakkelijken. Het polymere bindmiddel wordt vaak over het hoofd gezien, maar wordt gebruikt om de mechanische integriteit van de elektrode tijdens de productie te waarborgen en een optimale dispersie en hechting van het actieve materiaal en het geleidende additief aan de stroomcollector te bieden. Traditioneel worden hiervoor fluorpolymeren zoals PVDF gebruikt, maar naarmate de vraag naar LIB's toeneemt, is er behoefte aan een overstap naar milieuvriendelijkere "groene" bindmiddelen.
Waterige bindmiddelen versus oplosmiddelbindmiddelen
Zoals hierboven vermeld, brengen oplosmiddelgebaseerde bindmiddelen een aantal zorgen met zich mee met betrekking tot de impact op het milieu, de productie en de kosten van lithium-ionbatterijen. De voordelen van het gebruik van een waterig bindmiddel zoals TEXTURECEL™ ten opzichte van een oplosmiddelgebaseerd polymeer worden hieronder uiteengezet.
Milieu-impact
Fluorpolymeren die als elektrodebindmiddelen worden gebruikt, zijn zelf teratogeen en mutageen. Bovendien vereisen ze het gebruik van gevaarlijke oplosmiddelen zoals NMP, dat in veel landen strikt wordt gereguleerd vanwege de ernstige en onomkeerbare effecten die het kan hebben op de menselijke gezondheid en het milieu. Als alternatief zijn waterige bindmiddelen zoals TEXTURECEL™ carboxymethylcellulose niet gevaarlijk en vereisen ze alleen het gebruik van water voor de productie. Bovendien resulteren de lage droogtemperatuur en de verkorte droogtijd van TEXTURECEL™ waterige bindmiddelen in een aanzienlijke vermindering van de koolstofdioxide-uitstoot.
Productie
Voor de bereiding van oplosmiddelhoudende elektrodenbindmiddelen in slurryvorm zijn speciale ventilatiesystemen nodig om werknemers te beschermen. Bovendien moet het oplosmiddel tijdens de droogstap worden teruggewonnen om te voorkomen dat het in het milieu terechtkomt. Voor de bereiding van op water gebaseerde elektrodenslurryvormen zijn alleen standaard PBM's nodig en is er geen extra stap voor het terugwinnen van een gevaarlijk oplosmiddel tijdens het drogen. Bovendien drogen waterige bindmiddelen sneller dan oplosmiddelhoudende bindmiddelen, waardoor de productie-output kan worden verhoogd.
Kosten
Waterige bindmiddelen zoals TEXTURECEL™ CMC zijn aanzienlijk goedkoper dan fluorpolymeren zoals PvDF (meestal 2-3X). De NMP die nodig is voor fluorpolymeren is ook vrij duur in vergelijking met water. Hoewel deze kostenbesparingen aanzienlijk zijn, komt de grootste besparing misschien wel voort uit het elimineren van de stap voor het terugwinnen van oplosmiddelen. Dit proces kan goed zijn voor de helft van de productiekosten van elektroden en als het wordt geëlimineerd, kan het een grote bijdrage leveren aan het verlagen van de productiekosten van lithiumionbatterijen.
TEXTURECEL™ Natriumcarboxymethylcellulose
Het meest gebruikte waterige bindmiddel dat wordt gebruikt in lithium-ionbatterij-elektroden is carboxymethylcellulose (CMC). TEXTURECEL™ CMC heeft een extreem hoge zuiverheid (>99,5%), een laag vochtgehalte, afgestemde substitutiegraden en een uitstekende kwaliteitsconsistentie. Hieronder vindt u een samenvatting van de voordelen die TEXTURECEL™ biedt aan LIB-elektroden.
Optimale dispersie van actief materiaal en geleidend additief.
Mechanische integriteit tijdens productie en cyclus.
Sterke hechting aan stroomcollector verbetert capaciteit
