Lityum iyon pil üretiminde son yıllardaki en büyük trend, "toksik kimyasallardan uzaklaşmak"tır. Katot tarafında (NMC/LFP) hala organik çözücüler (NMP) hakim olsa da, anot tarafında (Negatif kutup) devrim çoktan gerçekleşti. Artık grafit anotlar, su bazlı bağlayıcılarla üretiliyor.
Bu devrimin lideri ise Sodyum Karboksimetil Selüloz, kısa adıyla CMC'dir. Genellikle kauçuk bazlı SBR (Stiren bütadien kauçuk) ile birlikte kullanılan CMC, pilin performansını ve üretim hızını doğrudan etkiler.
CMC, suda çözünebilen beyaz bir tozdur. Anot üretim sürecinde (Slurry hazırlama) üç kritik görevi vardır:
Kıvamlaştırıcı (Thickener): Grafit ve karbon tozu sudan çok daha ağırdır ve dibe çökme eğilimindedir. CMC, suyun viskozitesini artırarak bu ağır tozların homojen bir şekilde asılı kalmasını sağlar.
Bağlayıcı (Binder): Aktif maddeleri birbirine ve bakır folyoya yapıştırır. Ancak CMC sert ve kırılgandır; bu yüzden genellikle esneklik sağlayan SBR ile ikili olarak kullanılır.
Silikon Anotlar İçin İskelet: Yeni nesil silikon katkılı anotlarda, silikon şarj olurken aşırı şişer. CMC'nin sert yapısı, bu şişmeyi PVDF'ye göre çok daha iyi kontrol eder ve pilin dağılmasını önler.
Bir tedarikçiden CMC isterken sadece "CMC istiyorum" demek, "Araba istiyorum" demek kadar geneldir. Batarya sınıfı CMC'yi ayıran özellikler şunlardır:
Gıda tipi CMC'de bulunan eser miktardaki sodyum klorür veya demir kalıntıları insanı öldürmez ama pili öldürür. Pil sınıfı CMC'de saflık %99.5 ile %99.9 arasında olmalıdır. Özellikle demir, çinko ve bakır gibi metal safsızlıkları (ppb seviyesinde) pilin kısa devre yapmasına neden olur.
Selüloz zincirine ne kadar karboksimetil grubu eklendiğini gösterir. Pil sınıfı için bu değer genellikle 0.9 ile 1.2 arasındadır.
D.S. değeri arttıkça suda çözünürlük artar ve daha az jel (topaklanma) oluşur.
CMC'nin molekül ağırlığına bağlıdır.
Düşük Viskozite: Daha akışkan çamurlar için.
Yüksek Viskozite: Daha az CMC kullanarak yüksek kıvam elde etmek için.
Üreticiler genellikle 1000 mPa.s ile 5000 mPa.s arasındaki değerleri tercih eder.
Anot tarafında PVDF kullanımının azalmasının sebepleri nettir:
Maliyet: CMC ve su, PVDF ve NMP solventine göre çok daha ucuzdur.
Hız: Su, NMP'den çok daha hızlı buharlaşır. Bu da kurutma fırınlarının daha hızlı çalışmasını ve üretim kapasitesinin artmasını sağlar.
Çevre: NMP toksik bir kimyasaldır ve geri kazanım sistemleri gerektirir. Su ise zararsızdır.
CMC kullanmanın en zor yanı çözmektir. Tozu suya aniden dökerseniz, dışı jelleşmiş ama içi kuru kalan şeffaf topaklar ("Balık Gözü" denir) oluşur.
Çözüm 1: Tozu suya yavaş yavaş eklerken yüksek devirli karıştırıcı (mikser) kullanın.
Çözüm 2: CMC'yi önce kuru grafit tozuyla karıştırıp, suyu sonradan ekleyin.
Çözüm 3: Hazırlanan çözeltiyi kullanmadan önce mutlaka vakum altında bekletin (de-aeration) ve filtre edin.
Sodyum Karboksimetil Selüloz (CMC), modern batarya üretiminin "gizli kahramanıdır". Grafit veya Silikon anot üretmeyi planlıyorsanız, tedarikçinizden mutlaka "Battery Grade" sertifikalı, metal safsızlık analizleri yapılmış ürün talep etmelisiniz. Doğru viskozite ve D.S. değerine sahip bir CMC, üretim hattınızın "yağ gibi" akmasını sağlar.
