鉅大LARGE | 點擊量：1805次 | 2018年07月14日
鋰電粘合劑如何創(chuàng)新升級？
未來，為滿足動力電池在續(xù)航能力、安全性能、使用壽命、低成本等方面的更高需求，正負極材料以及電池制作工藝方面會有較大的變化，粘合劑也會出現(xiàn)大量的研發(fā)創(chuàng)新，將有更新的粘合劑被持續(xù)不斷開發(fā)出來。
“粘合劑這個東西說白了就是膠水，做出來很容易，但做好、做到頂級非常難。”
在2017年高工鋰電年會上，成都中科來方能源科技股份有限公司總經(jīng)理李仁貴用“膠水”這樣詼諧幽默的調(diào)侃來形容中科來方已深耕了17年的產(chǎn)品。
事實上，由于正負極材料和導(dǎo)電劑都是無機粉末，因此在形成電池正負極極片的過程中需要高分子粘合劑將兩者牢固地粘接在金屬集流體上，這樣看來，粘合劑確實類似膠水。不過由于鋰電池內(nèi)部時時刻刻都在發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此，想要穩(wěn)定可靠的起到“粘合”作用也并不容易。
從極片工藝的角度看，需要鋰電粘合劑具備以下四大特點：1.能夠長時間維持漿料粘度保持不變。不會因為漿料放置導(dǎo)致其沉降，失效；2.可溶解形成高濃度溶液，所需的汽化熱較低；3.碾壓時容易成型且不會反彈；4.具有柔性，在電極破裂時不會形成碎片。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
此外，在鋰電池內(nèi)部有使用占比1~2%的電池粘結(jié)劑，還扮演著重要的核心角色，往往由于粘結(jié)劑高分子聚合物的某些特性，給電池性能帶來意想不到的影響。
據(jù)日本JSR株式會社對電池粘合劑的長期研究發(fā)現(xiàn)，粘合劑在滿足鋰電池基本應(yīng)用需求以外，還會直接影響到鋰電池的性能發(fā)揮。影響范圍包括粘結(jié)強度、遷移抑制(工藝速度)、內(nèi)阻、膨脹抑制、循環(huán)特性。(戳此查看：鋰電池水性粘結(jié)劑發(fā)展方向分析)
李仁貴表示，鋰電池經(jīng)過三年的高速發(fā)展，其粘合劑應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了，其中商業(yè)化應(yīng)用的大致可分為水系粘合劑和油系粘合劑。其中，正極材料主要使用油性粘合劑PVDF，該類粘結(jié)劑需要加入NMP溶劑配合使用，但會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)。而負極材料主要使用水性粘合劑聚丙烯系列和SBR乳液系列。
而隨著鋰電池向高能量密度、高安全、低成本發(fā)展，對粘合劑也提出了更高的要求，主要表現(xiàn)為粘合劑用量少、高溫儲存性能好、極片柔韌性強、以及極片輥壓剝離力優(yōu)異等。
比如索爾維特種聚合物事業(yè)部就推出了一款新型PVDF粘合劑，通過減少粘合劑的用量，來相應(yīng)增加電池活性物質(zhì)，進而提升電池能量密度。其粘合劑用量較此前產(chǎn)品減少了30%，同時有望增加電池15%的可靠性，相當(dāng)于延長了1年甚至更長的使用壽命。
而作為國內(nèi)電池粘合劑行業(yè)的領(lǐng)頭羊，中科來方團隊來自中科院的成都有機所，且專注粘合劑的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)長達17年，其對粘結(jié)劑的研發(fā)方式及研發(fā)成果都非常值得國內(nèi)同行借鑒和學(xué)習(xí)。
以一款應(yīng)用于負極的新型粘合劑LA136D為例。首先，中科來方從材料本身的一級結(jié)構(gòu)開始設(shè)計分子結(jié)構(gòu)，包括材料的柔韌性，耐電化學(xué)性等各個方面的性能。其次，研發(fā)人員在二級結(jié)構(gòu)上進行控制，主要是通過分子量來調(diào)節(jié)粘接性。最后在三級結(jié)構(gòu)中，達成電池的優(yōu)異性能。
從產(chǎn)品基礎(chǔ)性能上看，LA136D粘合劑的分解溫度為280℃，電化學(xué)窗口大于6V。最為出眾的是其粘接能力，與當(dāng)前主流的SBR水系粘合劑對比，在用量更少的情況下，粘結(jié)性能大幅度提高。
LA136D與SBR的粘結(jié)性對比
此外，在電解液的溶脹上，LA136D也有著顯著優(yōu)勢。用EC：DEC為3:7的電解液在70℃、鋁塑膜密封環(huán)境下測試24小時，結(jié)果表明，LA136D對電解液的吸收量為10.60%，而SBR的吸收量為34.95%。
將LA136D與SBR分別應(yīng)用到相同的電池體系中，可以明顯感受到LA136D粘合劑體系對導(dǎo)電劑的分散起到了更好的效果，同時在高速涂布工藝上也有較大的改善。而從性能上看，使用LA136D粘合劑的電池在功率性上有出色表現(xiàn)，尤其是低溫充放電性能和高溫時的內(nèi)阻變化都有一定的正面作用。
值得一提的是，LA136D只是中科來方粘合劑研發(fā)的一個縮影。未來，為滿足動力電池在續(xù)航能力、安全性能、使用壽命、低成本等方面的更高需求，正負極材料以及電池制作工藝方面會有較大的變化，粘合劑也會出現(xiàn)大量的研發(fā)創(chuàng)新，將有更新的粘合劑被持續(xù)不斷開發(fā)出來。
