BYK Additives & Instruments

BYK Additives
       for Batteries

BYK Additive für Elektroden von Lithium-Ionen-Zellen

Polymere Dispergieradditive

Diese Additive können bei Elektroden von Lithium-Ionen-Zellen dazu eingesetzt werden, leitfähige Kohlenstoffadditive (z. B. Ruß, Kohlenstoffnanoröhren oder Graphen) und die Partikel von aktiven Materialien im Beschichtungsschlicker zu stabilisieren. Dispergieradditive können auch zur Formulierung von Konzentraten leitfähiger Kohlenstoffadditive eingesetzt werden und deren Lagerstabilität verbessern.

Elektrostatische StabilisierungSterische Stabilisierung
Abbildung über die Elektrostatische Stabilisierung durch Dispergieradditive auf Polymerbasis    Abbildung über die Sterische Stabilisierung durch Dispergieradditive auf Polymerbasis

Abbildung: Verschiedene Arten der Partikelstabilisierung durch Dispergieradditive auf Polymerbasis

Funktion in der Elektrode

SEM-Querschnittsbild von LFP-Kathoden:                                                                               
SEM-Querschnittsbild von LFP-Kathoden ohne und mit BYK Dispergieradditiv

Kontrolle (ohne Dispergieradditiv)                        Mit BYK Dispergieradditiv

Durch die Zugabe einer kleinen Menge eines polymeren Dispergieradditivs zum Beschichtungsschlicker wird die Homogenität verbessert. Zudem können im Vergleich zu Schlickern ohne Dispergieradditive mit vergleichbarer Viskosität Formulierungen mit einem erhöhten Festkörpergehalt von 5 bis 15 Gew.-% hergestellt werden.

Die höhere Homogenität der leitfähigen Kohlenstoffadditive führt zu einer besseren Elektrodenleistung (z. B. Zyklenstabilität und Rate) und durch den höheren Festkörpergehalt der Schlicker wird zum Trocknen der Elektroden weniger Energie benötigt, was die Energiekosten in der Produktion senkt.

CC-Entladekapazität (ohne und mit BYK Produkt in der LFP-Kathode)                                                                                                                                

Diagramm zur CC-Entladekapazität (ohne und mit BYK Produkt in der LFP-Kathode)


Eigenschaften polymerer Dispergieradditive:

  • Elektrochemisch stabil
  • Stabilisierung von leitfähigen Kohlenstoffadditiven (z. B. Ruß) und aktivem Material in Elektrodenschlickern
  • Ermöglichen einen höheren Festkörpergehalt der Schlicker (5 bis 15 %) und führen somit zu einer Produktivitätssteigerung
  • Ersetzen zum Teil herkömmliche Bindemittel, sodass im Vergleich zu Systemen ohne Dispergieradditive kein Verlust der gravimetrischen Energiedichte auftritt
  • Höhere Homogenität der Elektrodenbeschichtung
  • Höhere Elektrodenleistung in Bezug auf die Rate und die Zyklenlebensdauer

LAPONITE-RD

Das von BYK hergestellte synthetische Schichtsilikat LAPONITE-RD wurde als funktionelles Additiv für Elektroden von Lithium-Ionen-Akkumulatoren untersucht. LAPONITE dient im wässrigen Beschichtungsschlicker der Elektrode als Rheologieadditiv. Gleichzeitig fördert es die Lithium-Ionen-Leitung in der Elektrode und fördert ihre Benetzung mit Elektrolyt. Der synergistische Effekt von LAPONITE in Verbindung mit Natriumcarboxymethylcellulose (CMC) ermöglicht es, die Menge an Verdickungsmittel zu senken, die zur Formulierung eines stabilen wässrigen Elektrodenschlickers benötigt wird. Elektroden, die ein Gemisch aus LAPONITE und Natriumcarboxymethylcellulose als Bindemittel enthalten, zeichnen sich im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden durch eine bessere Zyklenlebensdauer und Belastungsfähigkeit aus. Dies lässt sich durch die polaren Wechselwirkungen im Verbund von LAPONITE und der Natriumcarboxymethylcellulose erklären, die die Flexibilität des Bindemittels und seine Haftfestigkeit auf dem Stromableiter erhöhen. Diese Wechselwirkung von LAPONITE und Polymerbindern ist gerade auch im Hinblick auf die Entwicklung der nächsten Anodengenerationen mit Si-Kohlenstoff-Kompositmaterialien zur Steigerung der Energiedichten von Li-Ionen-Zellen vielversprechend.

 

Abbildung von LAPONITE-RD als Bindemittel

 

 

Zusammensetzung von Anodenbeschichtungen mit und ohne LAPONITE

ProbeKohlenstoffadditiveLAPONITE-RDCMCGraphitStyrol-Butadien-Kautschuk
Kontrolle – 2 %1,7%-2%94%2,3%
CMC – 1,5 %1,7%-1,5%94,5%2,3%
CMC/LAPONITE - 1,5 %1,7%0,3%1,2%94,5%2,3%
CC-Discharge: 1C

 

CC-Discharge

Der Einsatz von LAPONITE als Additiv für Elektroden bietet vielversprechende Möglichkeiten, denn es verbessert den Herstellungsprozess und die Produkteigenschaften von Lithium-Ionen-Zellen. Zu den positiven Produkteigenschaften und Effekten gehören:

  • Hohe Reinheit
  • Verbesserte Schlickerstabilität durch den synergistischen Effekt mit organischen Co-Verdickungsmitteln
  • Höhere mechanische Festigkeit der Elektroden
  • Bessere Benetzbarkeit der Elektrode mit Elektrolyt
  • Verbesserte C-Ratenbelastbarkeit der Elektroden
  • Verbesserte Zyklenlebensdauer der Elektroden

Klicken Sie hier, um detaillierte Informationen zur Anwendung von LAPONITE-RD als Additiv für Elektroden von Lithium-Ionen-Akkumulatoren anzuzeigen oder lesen Sie unsere LAPONITE Broschüre.

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