بایندر استایرن بوتادی ان (SBR)

استایرن بوتادین یا لاستیک استایرن بوتادین (SBR) خانواده‌ای از لاستیک‌های مصنوعی مشتق شده از استایرن و بوتادین را شامل می شود.

SBR (Styrene Butadiene Rubber) از دو مونومر استایرن و بوتادین به دست می آید. مخلوط این دو مونومر با دو فرآیند پلیمریزه می شود. از SBR بیشتر به صورت امولسیون استفاده می شود.

شکل زیر ساختار SBR را نشان می دهد:

در صنایع باتری سازی از SBR به عنوان بایندر یا چسب برای ساخت الکترودها مخصوصا الکترودهای آندی باتری لیتیومی استفاده می گردد.

SBR علاوه بر بهبود خواص مکانیکی الکترودها باعث بهبود پایداری باتری در سیکل های متعدد شارژ-دشارژ می گردند.

معمولا مخلوط SBR با CMC به عنوان بایندر نتایج بهتری را ارائه می هد.

در صنعت باتری‌سازی، استایرن–بوتادین معمولاً به‌صورت لاتکس استایرن–بوتادین (SBR Latex) استفاده می‌شود و یکی از مواد کلیدی در ساخت الکترودهای باتری لیتیوم-یون است. نقش آن بیشتر چسباننده (Binder) است، نه ماده فعال الکتروشیمیایی.

✔️ کاربردهای اصلی SBR در باتری‌ها

1) چسبانندهٔ الکترود آند (معمولاً گرافیت)

• SBR به عنوان Binder پلیمری برای اتصال ذرات گرافیت به یکدیگر و به فویل مسی استفاده می‌شود.
• باعث ایجاد انعطاف‌پذیری بیشتر در الکترود می‌شود و جلوی ترک‌ خوردن در چرخه‌های شارژ/دشارژ را می‌گیرد.
• معمولاً همراه با CMC (کربوکسی متیل‌سلولز) استفاده می‌شود:

CMC = ایجاد پراکندگی خوب

SBR = ایجاد چسبندگی و انعطاف

2) استفاده در اسلیری (Slurry) الکترود

• SBR در آب محلول نیست، اما به‌صورت لاتکس در آب پراکنده می‌شود.
• این موضوع باعث می‌شود که تولید الکترود بدون استفاده از حلال‌های آلی (مثل NMP که برای PVDF استفاده می‌شود) ممکن شود.
• نتیجه: فرایند ارزان‌تر، ایمن‌تر و سازگار با محیط‌زیست‌تر.

3) بهبود استحکام مکانیکی الکترود

• SBR باعث افزایش چسبندگی به کلکتور (Foil) و جلوگیری از جداشدگی در طول چرخه‌های زیاد می‌شود.
• به دلیل رفتار الاستیک، در برابر تورم و انبساط گرافیت در هنگام لیتیاسیون مقاومت می‌کند.

✔️ ویژگی‌های مهم SBR برای باتری

• سازگاری خوب با مواد کربنی آند
• قابلیت اختلاط با آب → کاهش هزینه تولید
• انعطاف‌پذیری بالا
• بهبود مقاومت در برابر ترک‌خوردگی
• ایجاد لایه اسلیری یکنواخت روی فویل مسی

 فرآیند ساخت الکترود آند با SBR  CMC

• مرحله ۱: آماده‌سازی محلول CMC

CMC در آب حل شده و ویسکوزیته ایجاد می‌کند.

• مرحله ۲: افزودن گرافیت

ذرات گرافیت در محلول CMC پراکنده می‌شوند.

• مرحله ۳: افزودن لاتکس SBR

SBR به صورت ذرات پلیمری در آب اضافه شده و به گرافیت می‌چسبد.

• مرحله ۴: آسیاب/میکس (High-Shear mixing)

برای یکنواختی اسلیری.

• مرحله ۵: پوشش‌دهی روی فویل مس (Coating)

به روش‌های:

Doctor blade

Slot-die

Curtain coating

• مرحله ۶: خشک‌کردن

در دمای ۷۰–۱۲۰°C
(آب تبخیر می‌شود و SBR به‌صورت فیلم پیوسته بین ذرات تشکیل می‌شود)

• مرحله ۷: کلندرینگ

فشرده‌سازی با غلطک → کاهش تخلخل و افزایش چگالی انرژی.