鉅大LARGE | 點擊量：809次 | 2018年12月14日
粘結(jié)劑如何提升電池性能？
鋰電池漿料是一個復(fù)雜的多相混合非牛頓型流體。負極漿料由活物質(zhì)（石墨）、導(dǎo)電劑（炭黑、CNT、VGCF等）、粘結(jié)劑、增稠劑及溶劑去離子水等多相物質(zhì)混合制成。
正極漿料由活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及溶劑組成?；钗镔|(zhì)、導(dǎo)電劑、溶劑對金屬電極沒有粘附性，故無法做成極片用于制備鋰電池。粘結(jié)劑是漿料中重要的組分，粘結(jié)劑將各種顆粒粘接在一起，形成了具有粘附性的漿料，將其與金屬箔緊密粘接在一起。粘結(jié)劑一般用量僅有1%左右，但是在鋰電池中卻占有5%的作用，可謂是“小塊頭有大智慧”。
從極片加工角度對粘結(jié)劑的性能要求主要有以下幾點：
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。
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%
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。
粘結(jié)劑不僅關(guān)乎鋰電池的制造工藝，而且對鋰電池的電化學(xué)性能有著重要的影響，需要粘結(jié)劑具有這樣的特點：
1.能夠很好的保持活物質(zhì)的狀態(tài)。
2.與金屬箔具有良好的粘結(jié)性，不會因為電解液和充放電使用而剝離金屬箔。
3.在較寬的電壓范圍內(nèi)有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。
4.具有較高的熔點和較低的溶脹率。即使在高溫下，粘結(jié)劑與活物質(zhì)的組合結(jié)構(gòu)也需要保持穩(wěn)定。粘結(jié)劑通常會有溶脹現(xiàn)象，溶脹超出一定程度就會影響活性物質(zhì)和集流體間的導(dǎo)電性，就會造成電池容量衰減，所以需要控制其溶脹率。
5.具有良好的離子傳輸性和電子導(dǎo)電性。
粘結(jié)劑可以分為水系粘結(jié)劑和油系粘結(jié)劑，常用的油系粘結(jié)劑有PVDF均聚物和共聚物，其主要以NMP（氮甲基吡咯烷酮）、DMF（氮二甲基酰胺）等作為其溶劑。在磷酸鐵鋰、NCM三元材料為正極材料的電池體系中，一般選用PVDF作為正極粘結(jié)劑。
PVDF有粉狀顆粒和膠狀物質(zhì)，粉狀呈白色顆粒，膠狀PVDF為淡黃色透明膠體，粘度約為5000~8000。無論PVDF的粉末直接用于攪拌漿料還是先做成膠體再投入制漿工藝都已成熟，兩者的區(qū)別是在固含量和投料比一致的情況下，工藝略有不同，漿料最終粘度也不相同。
水系粘結(jié)劑主要有SBR（丁苯乳液）、CMC（羥甲基纖維素）、PTFE（聚四氟乙烯乳液）、PAA（聚丙烯酸酯）等。最初，負極攪拌使用的粘結(jié)劑也是PVDF等油系粘結(jié)劑，但是因為考慮到電池內(nèi)極化嚴(yán)重，且水系更環(huán)保且能代替其粘結(jié)作用，故發(fā)展到現(xiàn)在負極選用水系粘結(jié)劑已經(jīng)成為其主流方向。
常見于負極石墨體系選用SBR和CMC作為負極粘結(jié)劑，SBR和CMC均具有粘結(jié)的作用，但是實際上SBR稱為粘結(jié)劑而CMC稱為增稠劑（穩(wěn)定漿料）。選用SBR和CMC兩者協(xié)同作為粘結(jié)劑的理由如下：
1.SBR粘結(jié)性更強，但是其在長時間的攪拌下容易破乳，從而結(jié)構(gòu)破壞，降低其粘結(jié)性，一般情況下SBR選擇在攪拌后期加入。同時SBR分散效果并沒有CMC好，過多的SBR會產(chǎn)生較大溶脹，所以也不能完全用SBR作為粘結(jié)劑。
2.CMC對于負極石墨的分散能夠起到很好的作用。CMC在水溶液中會分解出鈉離子和陰離子，隨著CMC量增加，其分解產(chǎn)物將附著在石墨顆粒表面，石墨顆粒之間由于靜電作用力而相互排斥，達到很好分散效果。
但是CMC也有比較致命的缺點，CMC是呈脆性的，如果全部選用CMC作為粘結(jié)劑，極片在壓片、分切過程中石墨負極出現(xiàn)坍塌會出現(xiàn)嚴(yán)重的掉粉情況。
目前還沒有一種完美的粘結(jié)劑，能夠符合上述要求的所有特征。只能在此基礎(chǔ)上，盡量挑選符合物理加工及電化學(xué)要求的粘結(jié)劑。隨著鋰電技術(shù)的發(fā)展，考慮到成本及環(huán)保問題，鋰電池逐漸向水系粘結(jié)劑轉(zhuǎn)移，最新鋰電池技術(shù)還出現(xiàn)了不需要粘結(jié)劑的情況。
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