朱正軍：SBR對鋰離子電池生產效率以及低溫性能的影響
5月23日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。盛禧奧聚合物（張家港）有限公司朱正軍在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
大家下午好！我是來自張家港盛禧奧聚合公司，我會和大家分享SBR對鋰離子電池生產效率以及低溫性能的影響。
今天的報告分為以下幾部分：1、盛禧奧公司。2、SBR連接機理方面的探討。3、和大家分析粘固問題產生的原因，哪些原因和SBR相關，如何解決。4、關于電池低溫性能以及SBR低溫性能中扮演什么樣的角色。
盛禧奧這個名字大家可能不熟悉，但是盛禧奧在2010年之前是陶氏（音）的一部分，2014年在美國紐交所上市。過去70年，會看到我們從陶氏化學20世紀40年代已經發明SBR的合成技術，70年以來我們一直是定本教育（音）技術的世界領先者，也是最大的SBR生產商。全球一共2200人，16家工廠，11家研發中心，產值44億美金。這個圖中看到藍色的方塊是全球SBR生產的工廠，我們全球SBR工廠一共有9個，其中3個是在亞洲，分別位于中國的張家港、韓國的巫山以及印尼的孔雀港。圖中標記出來的兩個位置是我們電池級SBR的研發和應用測試中心。我們的電池級SBR的合成是在德國，應用測試中心在上海。
這張圖是對張家港工廠的介紹，張家港工廠一共有5萬平方米，去年的生產SBR總量的131萬噸，我們是高度自動化的工廠，保持產品的穩定新。通過高度自動化能達到比較高的設備穩定性，設備穩定性高達99%，高于業界的平均水平的5%。我們連續6年達到公司內部的平衡指標，零傷害、零過程控制安全事故，我們是十分注重企業生產效率以及環境的公司。
電池應用測試中心在上海，在這個實驗室當中能進行從SBR的基本性能測試到SBR膜的結構以及SBR的粘結力各個方面的測試，包括軟包電池的性能檢測等等。
這部分想和大家探討SBR的連接機理。左邊的表格是我進行理論上的計算，這三部分是，如果我們從電池負極的組成來看，在其中石墨如果用96.5份、SBR1.5份，通過理論計算可以看到，如果在100克干份的物料中，這三種比表面有多大，可以看到比表面積是3平方米，但是碳黑是2060，為什么要進行這個計算？從這個計算當中可以看到石墨的比表面是里面最小的，SBR有相當一部分會覆蓋在石墨的表面，我用下面的示意圖更好的顯示，SBR會覆蓋在石墨的表面以及石墨的中間，形成連接的橋梁作用。同時要指出用SBR的逆境只有150納米左右，單個SBR沒有連接力，必須由很多SBR結合在一起形成SBR膜再形成連接力。SBR更多的連接是點對點的連接，把石墨與石墨中間、石墨和碳黑、石墨和銅箔聯結在一起。
為什么要介紹SBR和SBR的連接機理？它的成膜特性和后面的很多性能在一起，黏滾現象產生了，黏滾現象產生的原因是什么？以及SBR性能對黏滾有那些方面的影響？通過SBR的設計，如何避免黏滾現象或者減少黏滾現象？下面和SBR比較相關的，就是我們常見的黏滾分為幾類，一是圖層的缺陷，如果圖層本有些凹凸起伏不平，如意出現黏滾現象，因為會出現應力級重點。這個解決可以通過我們調整涂布的留變，更好控制涂布機的運行效率SBR遷移，我們可以優化干燥的曲線，另外一方面可以通過提高鈷含量。隨著鈷含量的提升，SBR的遷移會有比較大幅度的下降。和SBR的連接力直接相關，SBR連接力不夠，我們其實就是滾，滾表面和涂層表面以及銅箔表面幾個界面大小的對比，如果我們滾和涂層表面的力，就是大于石墨層和銅箔之間的力，涂層就會剝離。第二個需要考慮的是涂層表面的黏性，這是和SBR黏性相關，明確的解決思路是SBR膜是翻黏，如何減少它的黏性？為了解決這個問題，首先是引入SBR動態力學性能的概念，從單詞可以分兩部分，一個是彈性，一個是黏性，彈性是指彈簧一樣，當你外力撤除之后會恢復原來的狀態，黏性像水一樣，給它力之后發生流動，但是力撤除之后依然像水一樣流動，它會保持力撤除那一刻的狀態。黏彈性是兩個狀態的結合。其實對我們所有的物質，甚至液體、固體，更多是黏性和彈性的綜合體，我們稱之為黏彈性，高聚物，這張圖是高聚物、黏彈性變化的狀態，從最初的剝離態到剝離轉化態到最后的黏流態，隨著溫度的升高，我們可以看到整個性能的變化是和溫度息息相關的。但是有另外一個概念，時溫等效效應，你作用的時間和作用的溫度是可以相互轉化、相互計算的，你長時間低頻率的作用，其實相當于溫度很高的狀態，而短時間也可以相當于比較低的溫度，通過這個計算，可以把工廠上，特別是黏滾過程的參數進行了轉化。你會看到，計算公式不給大家詳細介紹，根據在極片壓實的過程中輸入參數，計算，這里采取的參數是我們的幅寬30厘米，速度是10米每分鐘，我們的溫度是室溫，25度，通過轉化，轉化為70華氏度，所對應的溫度是是看黏彈性的區間是15度左右。
根據這張圖會看到SBR反饋的區間，不同的SBR隨著溫度變化黏彈性不一樣，一個A SBR，一個B SBR，溫度低的區域，A高于B，在區間在10度到110度中間，B是高于A，有意思的地方是SBR B剝離溫度比A還要低。而我們普通的概念就覺得如果溫度低，剝離化溫度更低SBR表面更黏，我們可以通過特殊的技術調整SBR的黏彈性，從而影響到我們在特定條件下SBR黏彈性的現象。
如何把SBR的黏彈性和黏滾現象做聯系呢？黏滾比較難量化，我們采用簡單的方法，把涂好的極片放兩張A4紙進行滾壓，把上面的A4紙，通過滾壓之后，一部分石墨粉末轉移到深面的A4紙，接著用儀器紙測量，通過這個紙Brightness的表現來看黏滾表現。通過這個對比可以發現，紅線表示的區域，我們發現B的彈性膜量高于A，而紙張上面，我們看到被轉移的石墨量的多少，會發現B白度有明顯的區分度。我們可以調整控制SBR的存儲膜量和黏彈性來改善黏滾性能。
SBR對低溫性能產生的影響，電池在低溫條件下，電池與常溫條件有顯著的差異，這是困擾我們很重要的因素，不否認，我們可以通過很多不同的例如電解液，包括圖騰結構等等方面來提升，我們今天想看到的是看一下SBR這個小材料對電池的低溫是否具有一定的影響。
在開始之前，這是之前看到的一篇研究文章，低溫條件下，通過看電池里面的EX阻抗，我們發現電池的三個阻抗，RB、RSEI和CT會有不同的變化，中間比較有意思的地方我們可以看到，隨著溫度的下降，雖然這三個阻抗都在上升，也就是電池的內阻上升，但是RCT的上升幅度更大，升得更高。這樣很直接的解決方案是，如果我們可以降低低溫條件下的RCT，我們就有可能提升電池的低溫表現。
我用一個示意圖表示，充電過程中，前面講到SBR的膜會覆蓋石墨一定的比表面積，這樣這些石墨被覆蓋的SBR膜進行阻礙作用，我一直認為SBR是非導電的物質，我們只能減少對SBR的傳輸功能，不能提升，我們想辦法減緩，我們可以想辦法，如果鋰離子傳輸更慢，我們可以看到鋰離子的潛入更少，更快的鋰離子傳輸，鋰離子嵌入更多，我們通過測試電解液和SBR膜之間的表征來看它的浸潤性。看到兩個不同SBR之間的接觸有明顯區別，大的接觸表是浸潤性效果差，通過電池的對比，我們明顯發現D的接觸比較小，接觸性能比C的表現高一些。雖然這個幅度不會有別的提升那么高，但是對于SBR來說，對電池性能是明顯的提升。
今天想和大家分享的總體是三部分：一是SBR的粘結劑，通過成膜，然后把電池中的石墨，電池負極的石墨、碳黑和銅箔點對點聯結在一起。通過SBR的設計，在特定條件下，在壓實的過程中提升SBR的儲能膜量，通過這個來提升減緩SBR的黏滾。通過提升SBR的浸潤性提升電池的低溫性能。
謝謝大家！
主持人：你剛剛畫的圖，是離子導體嗎，離子可以過去嗎？
朱正軍：過不去，SBR是非導電性，而且是致密的膜，只能從旁邊繞過去。并且因為這個膜不是覆蓋所有的比表面，然后繞過去，從中間嵌入。
主持人：不光SBR，還有CMC，這之中的協同效應沒有討論？
朱正軍：CMC更多是分子狀物質，不成膜，這方面從離子導體來說和SBR有區別，為了簡化模型沒有放上去。
提問：SBR對電解液的性能是通過什么方式改善性能的？
朱正軍：SBR從合成角度有不同的手段，對SBR采用不同的合成單體，通過單體調整，包括SBR表面的調整來去使SBR具有不同的性能，包括我們解耦、凝膠等方面都有調整，這樣不同的SBR會表現不同的對電解液的浸潤性。
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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