一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法及检测装置与流程

本发明属于粘结剂分析技术领域，具体涉及一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法及检测装置。

背景技术：

锂离子电池由于其高能量密度和环保性在新能源领域受到了广泛关注。其中，粘结剂是锂离子电池极片重要的组成材料之一，是将电极片中活性物质和导电剂粘附在电极集流体上的高分子化合物，具有增强活性材料、导电剂和集流体间接触性以及稳定极片结构的作用，是锂离子电池材料中技术含量较高的附加材料。

对于锂离子电池生产来说，正负极浆料配制前胶液的配制是电池生产的第一道关键工序，直接影响电极及电池质量和性能，如电池容量、内阻等的一致性，循环性能的好坏等。为了保证锂离子电池的品质，正负极胶液质量的优劣至关重要。

但是，粘结剂一般是高分子化合物，分子链的长短会影响最终浆料的粘度和极片的粘接性，因此如何表征粘结剂在高速搅拌过程中分子链是否被打断尤为重要。

cn106644935a公开了一种锂电池负极石墨与粘结剂粘结力的测量方法与设备，该测量方法包括：步骤1：将负极材料石墨与浸润剂放入浸润罐中充分搅拌混合；步骤2：将混合均匀后的石墨放入液压成型装置加工成片状石墨块，将粘结剂涂覆在石墨块的表面后进行加热干燥蒸发掉粘结剂中的溶剂组分，使石墨块表面形成粘结剂胶膜得到待测样品；步骤3：将待测样品放入拉力测试装置中测量粘结剂胶膜与石墨块的剥离力，获得负极材料石墨与粘结剂粘结力。但是所述方法通过测试负极材料石墨与粘结剂粘结力，进而分析粘结剂的性能，所述方法工序复杂且无法准确的得出粘结剂中分子链的情况。

因此，本领域需要开发出一种新型表征方法，所述方法能够准确的表征胶液中粘结剂分子链被打断的情况。

技术实现要素：

针对现有技术中，大多采用粘结性能测试评价分析胶液的优劣和胶液分散效果，无法了解胶液中粘结剂分子链是否被打断的问题。本发明的目的在于提供一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法及检测装置。所述方法能够准确的表征胶液中粘结剂分子链被打断的情况，且具有测试速度快、精度高等优点。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法，所述方法包括：采用红外光谱表征粘结剂分子链中特征峰的方式，来表征粘结剂分子链是否被打断。

针对现有技术中无法表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的问题，本发明提出采用红外光谱的方法，通过检测粘结剂分子链中特征峰来表征分子链是否被打断，且具有测试速度快、精度高等优点。

优选地，所述粘结剂为cmc，除了羟基特征峰、羰基特征峰和环氧环振动骨架特征峰外，红外图谱中出现新的特征峰，则分子链被打断。

优选地，所述粘结剂为cmc，除了特征峰羟基、羰基和环氧环振动骨架外，红外图谱中未出现新的特征峰，则分子链未被打断。

优选地，所述羟基的特征峰为3367cm^-1。

优选地，所述羰基的特征峰为1639cm^-1。

优选地，所述环氧环振动骨架的特征峰为825cm^-1。

优选地，所述粘结剂为pvdf，除了c-h的伸缩振动特征峰、ch2的变形摇摆振动特征峰和cf2伸缩振动特征峰外，红外图谱中出现新的特征峰，则分子链被打断。

优选地，所述粘结剂为pvdf，除了c-h的伸缩振动特征峰、ch2的变形摇摆振动特征峰、cf2伸缩振动特征峰和c-c骨架振动特征峰外，红外图谱中未出现新的特征峰，则分子链未被打断。

优选地，所述c-h的伸缩振动特征峰为3020cm^-1和2980cm^-1。

优选地，所述ch2的变形摇摆振动特征峰为1402cm^-1。

优选地，所述cf2伸缩振动特征峰为1170cm^-1。

优选地，所述c-c骨架振动特征峰为1180cm^-1和880cm^-1。

优选地，所述方法包括如下步骤：

(1)将粘结剂和溶剂搅拌混合，得到胶液a；

(2)将胶液a进行分散，得到胶液b；

(3)将胶液b进行红外光谱测试，表征粘结剂分子链中特征峰。

优选地，步骤(1)所述粘结剂为cmc或pvdf。

优选地，所述粘结剂为cmc，所述溶剂为水。

优选地，所述粘结剂为pvdf，所述溶剂为nmp。

优选地，所述cmc和水的质量比为(0.5～2):(99.5～98)，例如0.5:99.5、0.8:99.2、1:99、1.2:98.8、1.3:98.7、1.5:98.5、1.8:98.2或2:98等。

优选地，所述pvdf和nmp的质量比为(3～10):(97～90)，例如3:97、4:96、5:95、6:94、7:93、8:92、9:91或10:90等。

优选地，步骤(1)所述搅拌混合在搅拌缸中进行。

优选地，步骤(1)所述搅拌混合的过程包括：在搅拌缸中加入溶剂，然后将粘结剂分散在溶剂表面进行搅拌。

优选地，步骤(1)所述粘结剂为cmc，溶剂为水，所述搅拌混合的转速为2000rpm～3500rpm，例如2200rpm、2400rpm、2500rpm、2600rpm、2800rpm、3000rpm、3200rpm或3400rpm等。

优选地，步骤(1)所述粘结剂为cmc，溶剂为水，所述第一搅拌混合的时间为120min～360min，例如140min、150min、160min、180min、200min、220min、250min、260min、280min、300min、320min、340min或350min等。

优选地，步骤(1)所述粘结剂为pvdf，溶剂为nmp，所述第一搅拌混合的转速为2000rpm～3500rpm，例如2200rpm、2400rpm、2500rpm、2600rpm、2800rpm、3000rpm、3200rpm或3400rpm等。

优选地，步骤(1)所述粘结剂为pvdf，溶剂为nmp，所述第一搅拌混合的时间为120min～360min，例如140min、150min、160min、180min、200min、220min、250min、260min、280min、300min、320min、340min或350min等。

优选地，步骤(1)所述搅拌混合之后，还包括刮缸、抽真空和过滤的过程。

优选地，所述过滤为：采用100～200目的不锈钢网过滤，例如120目、150目、160目或180目等。

优选地，步骤(2)所述胶液a进行分散的过程包括：将胶液a用螺杆泵输送至高速分散机内进行分散。

优选地，所述粘结剂为cmc，所述高速分散机分散的线速度≥7m/s，优选为7～30m/s，例如10m/s、12m/s、15m/s、18m/s、20m/s、22m/s、25m/s、26m/s、28m/s或29m/s等。

本发明所述高速分散机分散的线速度≥7m/s，线速度过低，胶液中粘结剂(cmc)分子分散不完全，导致团聚发生，不利于检测；当线速度大于30m/s时，线速度过高，粘结剂(cmc)分子链被打断，造成物质破坏。

优选地，所述粘结剂为cmc，在所述高速分散机内分散的时间为30～120s，例如40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s或110s等。

本发明所述分散的时间为30～120s，时间过长，粘结剂(cmc)在此时间内已经分散完全，浪费能量且存在使分子链重新团聚的风险；时间过短，cmc不能完全溶解，胶液分散不完全，影响检测结果。

优选地，所述粘结剂为cmc，所述胶液b的固含量≤1.5wt％，例如0.3wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.2wt％或1.4wt％等。

本发明所述胶液b的固含量≤1.5wt％，固含量过大，cmc不能在溶液中完全溶解，造成沉淀现象发生，影响检测结果。

优选地，所述粘结剂为pvdf，所述高速分散机分散的线速度≥7m/s，优选为7～30m/s。

本发明所述高速分散机分散的线速度≥7m/s，线速度过低，胶液中粘结剂(pvdf)分子分散不完全，导致团聚发生，不利于检测；当线速度大于30m/s时，线速度过高，粘结剂(pvdf)分子链被打断，造成物质破坏。

优选地，所述粘结剂为pvdf，在所述高速分散机内分散的时间为30～120s。

本发明所述分散的时间为30～120s，时间过长，粘结剂(pvdf)在此时间内已经分散完全，浪费能量且存在使分子链重新团聚的风险；时间过短，pvdf不能完全溶解，胶液分散不完全，影响检测结果。

优选地，所述粘结剂为pvdf，所述胶液b的固含量≤8wt％，例如0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％或7wt％等。

本发明所述胶液b的固含量≤8wt％，固含量过大，pvdf分子不能在溶液中完成溶解，造成沉淀现象发生。

优选地，步骤(3)所述红外光谱测试过程中，扫描次数为4～10，例如5、6、7、8或9等。

作为优选技术方案之一，本发明所述一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法，包括如下步骤：

(1)制备cmc胶液a：

(a)在搅拌缸中加入水，将cmc分散在水表面，所述cmc和水的质量比为(0.5～2):(99.5～98)，进行转速为2000rpm～3500rpm的搅拌混合120min～360min；

(b)将步骤(a)中的溶液刮缸后抽真空，采用100～200目的不锈钢网过滤，得到cmc胶液a；

(2)制备cmc胶液b：

(c)将胶液a用螺杆泵输送至高速分散机内进行分散，所述高速分散机分散的线速度为7～30m/s，分散的时间为30～120s，得到固含量≤1.5wt％的胶液b；

(3)将胶液b进行红外光谱测试，检测过程：

(d)参数设置：扫描区间用默认值，在累积量下方的文本框内设置扫描次数在4～10之间的数字，在样品id文本框修改样品的名称；

(e)样品扫描：先放入背景片，点击背景，背景扫描结束后，放入待测样品，点击扫描，进行样品图谱测定；

(f)图谱处理：扫描结束，点击基准线校准，对原始图谱进行处理，结束后删除原始图，点击平滑，对谱图进行平滑处理，在选项上选择覆盖原图；

(g)图谱保存：将鼠标放在要保存的图片上，单击右键，在弹出的菜单中选择保存需要的文件格式。

作为优选技术方案之二，本发明所述一种表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法，包括如下步骤：

(1)制备pvdf胶液a：

(a)在搅拌缸中加入nmp，将pvdf分散在nmp表面，所述pvdf和nmp的质量比为(3～10):(97～90)，进行转速为2000rpm～3500rpm的搅拌混合120min～360min；

(b)将步骤(a)中的溶液刮缸后抽真空，然后采用100～200目的不锈钢网过滤，得到胶液a；

(2)制备胶液b：

(c)将胶液a用螺杆泵输送至高速分散机内进行分散，所述高速分散机的线速度为7～30m/s，分散的时间为30～120s，得到固含量≤8wt％的胶液b；

(3)将胶液b进行红外光谱测试，检测过程：

(d)参数设置：扫描区间用默认值，在累积量下方的文本框内设置扫描次数在4～10之间的数字，在样品id文本框修改样品的名称；

(e)样品扫描：先放入背景片，点击背景，背景扫描结束后，放入待测样品，点击扫描，进行样品图谱测定；

(f)图谱处理：扫描结束，点击基准线校准，对原始图谱进行处理，结束后删除原始图，点击平滑，对谱图进行平滑处理，在选项上选择覆盖原图；

(g)图谱保存：将鼠标放在要保存的图片上，单击右键，在弹出的菜单中选择保存需要的文件格式。

本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的方法的用途，所述方法用于电池制备领域，优选用于锂离子电池制备领域。

本发明的目的之三在于提供一种用于检测粘结剂分子链是否被打断的检测装置，所述检测装置基于如目的之一中所述的方法来实现。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述方法提供了评价胶液的优劣和胶液分散效果的方法以及解决了如何表征胶液中粘结剂分子链是否被打断的问题，且具有测试速度快、精度高等优点。

附图说明

图1是本发明具体实施例1和实施例2提供的红外光谱曲线图；

图2是本发明具体实施例3和实施例4提供的红外光谱曲线图；

图3是本发明具体实施例7和实施例9提供的红外光谱曲线图；

图4是本发明具体实施例10和实施例11提供的红外光谱曲线图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

(1)制备cmc胶液a：

(a)在搅拌缸中加入水，将cmc分散在水表面，所述cmc和水的质量比为1.3:98.7，进行转速为3000rpm的搅拌混合300min；

(b)将步骤(a)中的溶液刮缸后抽真空，采用150目的不锈钢网过滤，得到cmc胶液a；

(2)制备cmc胶液b：

(c)将胶液a用螺杆泵输送至高速分散机内进行分散，所述高速分散机分散的线速度为20m/s，分散的时间为60s，得到固含量为1.3wt％的胶液b；

(3)将胶液b进行红外光谱测试，检测过程：

(d)参数设置：扫描区间用默认值，在累积量下方的文本框内设置扫描次数为10，在样品id文本框修改样品的名称；

(e)样品扫描：先放入背景片，点击背景，背景扫描结束后，放入待测样品，点击扫描，进行样品图谱测定；

(f)图谱处理：扫描结束，点击基准线校准，对原始图谱进行处理，结束后删除原始图，点击平滑，对谱图进行平滑处理，在选项上选择覆盖原图；

(g)图谱保存：将鼠标放在要保存的图片上，单击右键，在弹出的菜单中选择保存需要的文件格式。

红外光谱曲线测试结果如图1所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，cmc分子链未被打断。

实施例2

与实施例1的区别在于，步骤(c)高速分散机分散的线速度为30m/s。

红外光谱曲线测试结果如图1所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，cmc分子链未被打断。

实施例3

与实施例1的区别在于，步骤(c)高速分散机分散的线速度为10m/s。

红外光谱曲线测试结果如图2所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，cmc分子链未被打断。

实施例4

与实施例1的区别在于，步骤(c)高速分散机分散的线速度为7m/s。

红外光谱曲线测试结果如图2所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，cmc分子链未被打断。

实施例5

与实施例1的区别在于，步骤(c)高速分散机分散的线速度为40m/s。

测试结果表明，此线速度下，由于线速度太高，cmc分子链被打断，出现新的特征峰。

实施例6

与实施例1的区别在于，步骤(c)胶液b的固含量为2wt％。

测试结果表明，由于胶液b中固含量较高，cmc胶液中出现白色团聚现场，分散效果较差。

实施例7

(1)制备pvdf胶液a：

(a)在搅拌缸中加入nmp，将pvdf分散在nmp表面，所述pvdf和nmp的质量比为8:92，进行转速为3000rpm的搅拌混合300min；

(b)将步骤(a)中的溶液刮缸后抽真空，然后采用100目的不锈钢网过滤，得到胶液a；

(2)制备胶液b：

(c)将胶液a用螺杆泵输送至高速分散机内进行分散，所述高速分散机的线速度为20m/s，分散的时间为60s，得到固含量为8wt％的胶液b；

(3)将胶液b进行红外光谱测试，检测过程：

(d)参数设置：扫描区间用默认值，在累积量下方的文本框内设置扫描次数在4～10之间的数字，在样品id文本框修改样品的名称；

(e)样品扫描：先放入背景片，点击背景，背景扫描结束后，放入待测样品，点击扫描，进行样品图谱测定；

(f)图谱处理：扫描结束，点击基准线校准，对原始图谱进行处理，结束后删除原始图，点击平滑，对谱图进行平滑处理，在选项上选择覆盖原图；

(g)图谱保存：将鼠标放在要保存的图片上，单击右键，在弹出的菜单中选择保存需要的文件格式。

红外光谱曲线测试结果如图3所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，pvdf分子链未被打断。

实施例8

与实施例1的区别在于，步骤(c)胶液b线速度为40m/s。

测试结果表明，此线速度下，由于线速度太高，pvdf分子链被打断，出现新的特征峰。

实施例9

与实施例1的区别在于，步骤(c)胶液b线速度为7m/s。

红外光谱曲线测试结果如图3所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，pvdf分子链未被打断。

实施例10

与实施例7的区别在于，步骤(c)胶液b线速度为30m/s。

红外光谱曲线测试结果如图4所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，pvdf分子链未被打断。

实施例11

与实施例7的区别在于，步骤(c)胶液b线速度为10m/s。

红外光谱曲线测试结果如图4所示，由图中可以看出，本实施例中并没有新的特征峰出现，故此测试条件下，pvdf分子链未被打断。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。