鋰離子電池粘結劑原材料難題及解決方案

粘結劑是鋰離子電池極片的重要組成材料之一，是將電極片中活性物質和導電劑粘附在電極集流體上的高分子化合物，具有增強活性材料、導電劑和集流體間接觸性以及穩(wěn)定極片結構的作用，是鋰離子電池材料中技術含量較高的附加材料。研究表明，雖然粘結劑在電極片中用量較少，但粘結劑性能的優(yōu)劣直接影響電池的容量、壽命及安全性。

1. 正極binder---PVDF

聚偏氟乙烯PVDF（Poly-vinylidene fluoride）主要是指偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯與其他化合物的共聚物。

PVDF是結晶性聚合物，結晶度一般為50％左右，熔融溫度在140-180 ℃之間。

由于C-F鍵長短，鍵能高(486kJ/mol) ,故PVDF具有良好的抗氧化性、耐化學腐蝕性、耐高溫性，特別是在碳酸酯類溶劑( EC、DEC、DMC 等)中穩(wěn)定性好。

1.1 PVDF主要種類

均聚類PVDF，是VF2的均聚物，如HSV900, 5130等；

共聚物類PVDF，主要使用的是VF2（偏二氟乙烯）/HFP（六氟丙烯）的共聚物，如2801，LBG等。

1.2 PVDF合成方法 通常由偏氟乙烯通過懸浮聚合或乳液聚合而成，反應方程式如下所示： CH2=CF2→(CH2CF2)n 1.3 分子量對PVDF的影響

不同聚合度的VDF均聚物，其熔點溫度差異不大；但PVDF分子量的大小會影響其在溶劑中的溶解難易程度。

在一定分子量范圍內，分子量的提高有助于粘結力和內聚力的提高；l改性對PVDF結晶度/溶脹度影響

摻雜的-HFP量越多，其結晶度越低，導致熔點相應降低；

結晶度降低，聚合物溶脹程度增大（甚至溶解）。

1.4 PVDF面臨的問題與挑戰(zhàn)

過高分子量(>150W)對粘結力的提升效果不明顯，但會造成更難溶解

2. 負極binder---SBRSBR（丁苯橡膠乳液）由丁二烯及苯乙烯兩種單體經(jīng)自由基乳液聚合而成。常用的鋰離子電池SBR粘結劑除上述兩種單體外，通常都引入了新的功能單體，用以提高其離子電導率或粘附力。

通過調節(jié)兩種單體的比例從而能制備具有一定粘結力和模量的粘結劑。

2.1 SBR的種類

丁苯橡膠乳液：由丁二烯和苯乙烯單體及其他功能單體聚合而成。

苯丙乳液：主要包含苯乙烯和丙烯酸酯兩種單體，丙烯酸酯單體種類較多，常用的包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等。酯基的存在，增加了binder與電解液的親和性；另外，分子鏈中大量的電負性元素（具有孤對電子，在電場的作用下會不斷與鋰離子發(fā)生絡合/解絡反應，有利于鋰離子的擴散），從而使低溫性能突出。

丙烯酸酯類：又稱純丙乳液，一般會引入其他功能單體，如丙烯腈單體、含氟單體等，可同時滿足電解液溶脹及電負性元素含量兩個因素，因此具有很好的動力學性能。

2.2 SBR在石墨電極中的分布在負極體系中，一般來講CMC是會包覆于石墨表面存在，而SBR則是一顆一顆的分布于顆粒之間或者顆粒表面：

2.3 SBR面臨的問題與挑戰(zhàn)

針對目前對能量密度的需求，SBR及CMC在負極中的含量總和應不超過2wt%，因此對SBR的粘結強度提出了很高的要求，亟需提升SBR粘結力。

審核編輯 ：李倩