锂电池负极浆料中SBR飘蓝之谜

盛禧奥作为世界领先的SBR供应商，70多年来一直致力SBR技术和应用的开发。今天，我们就从SBR和锂电池浆料的角度，来说说锂电池浆料中SBR飘蓝的情况。2个光学概念：瑞利散射、米氏散射光的散射是指光线通过不均匀介质一部分光偏离原来传播方向的现象。偏离原方向的光称为散射光。散射光的波长（λ）不发生变化是弹性散射，常见的弹性散射有瑞利散射和米氏散射。瑞利散射和米氏散射对不均匀介质尺寸的要求和散射强度可见表1。




为什么浆料飘的是蓝色而不是其他颜色？SBR本身并不是均一的溶液，它是由数量巨大的小颗粒悬浮在水中形成的悬浮液（我们通常叫乳液 EmulsionPolymer）。SBR的粒径通常在100-200nm，正好处在可见光的弹性散射范围。由表1可知，光的波长越短，散射强度越强。根据可见光的波长分布，蓝光和紫光散射强度最大，见表2。但紫光被大气层吸收，并且人眼对紫光不敏感，所以我们肉眼看到的以蓝光为主。此外，石墨浆料为黑色，黑色会吸收可见光，形成良好对比底色。所以大家会看到浆料表面的蓝光明显，而单一SBR乳液蓝光并不明显。原来飘蓝是SBR上浮引起的，那么为什么SBR会上浮呢？在浆料体系中，石墨颗粒表面是疏水的，CMC分子上既有疏水部分（未羧基改性的主链）和亲水部分（羧基改性），因此CMC一方面通过疏水的未羧基改性的主链吸附在石墨颗粒表面，另一方面亲水的羧基可以使吸附有CMC的石墨悬浮在水中。CMC两个特性相互结合，使石墨分散在水中。SBR颗粒表面的羧基改性，赋予SBR亲水性，使之可以稳定的悬浮在水中。由于其亲水特性，使得SBR对石墨的吸附性较差，所以SBR并不能有效的分散石墨。此外，SBR表面的羧基呈负电性，与CMC表面的羧基相互排斥，使得SBR与CMC分散后的石墨浆料相容性较差（见图2），导致少部分SBR在浆料静置的时候上浮。SBR与CMC分散的浆料体系之间的相容性较差，导致少量SBR上浮；SBR颗粒对可见光的散射，其中波长较短的蓝光散射强度大，被肉眼看到，因此出现浆料飘蓝的现象。上浮而导致飘蓝的SBR会引起什么？又如何减少上浮？既然是SBR上浮导致飘蓝，那么漂浮在浆料表面的这部分SBR可能导致：1.SBR石墨涂层中分布不均；2.表面的SBR可能会引发粘辊。那么如何减少上浮呢？1. 尽量减少浆料静置时间，可以用低速搅拌代替静置。2. 进行CMC与SBR以及Graphite-CMC-SBR之间的匹配型实验，选择合适的分散（CMC）与胶黏剂（SBR）组合。3. 通过对SBR进行特殊的改性，使SBR表面的官能团可以与CMC形成一定的相互作用，使SBR锚固在CMC上，减少SBR的上浮。图3是盛禧奥特殊改性前后的浆料静置24h后的表现。