鋰離子電池粘結(jié)劑原材料難題及解決方案

粘結(jié)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(zhì)和導(dǎo)電劑粘附在電極集流體上的高分子化合物，具有增強(qiáng)活性材料、導(dǎo)電劑和集流體間接觸性以及穩(wěn)定極片結(jié)構(gòu)的作用，是鋰離子電池材料中技術(shù)含量較高的附加材料。研究表明，雖然粘結(jié)劑在電極片中用量較少，但粘結(jié)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(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度一般為50％左右，熔融溫度在140-180 ℃之間。

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

1.1 PVDF主要種類(lèi)

均聚類(lèi)PVDF，是VF2的均聚物，如HSV900, 5130等；

共聚物類(lèi)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(guò)懸浮聚合或乳液聚合而成，反應(yīng)方程式如下所示： CH2=CF2→(CH2CF2)n 1.3 分子量對(duì)PVDF的影響

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

在一定分子量范圍內(nèi)，分子量的提高有助于粘結(jié)力和內(nèi)聚力的提高；l改性對(duì)PVDF結(jié)晶度/溶脹度影響

摻雜的-HFP量越多，其結(jié)晶度越低，導(dǎo)致熔點(diǎn)相應(yīng)降低；

結(jié)晶度降低，聚合物溶脹程度增大（甚至溶解）。

1.4 PVDF面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

過(guò)高分子量(>150W)對(duì)粘結(jié)力的提升效果不明顯，但會(huì)造成更難溶解

2. 負(fù)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(jié)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(dǎo)率或粘附力。

通過(guò)調(diào)節(jié)兩種單體的比例從而能制備具有一定粘結(jié)力和模量的粘結(jié)劑。

2.1 SBR的種類(lèi)

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(lèi)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(fù)性元素（具有孤對(duì)電子，在電場(chǎng)的作用下會(huì)不斷與鋰離子發(fā)生絡(luò)合/解絡(luò)反應(yīng)，有利于鋰離子的擴(kuò)散），從而使低溫性能突出。

丙烯酸酯類(lèi)：又稱(chēng)純丙乳液，一般會(huì)引入其他功能單體，如丙烯腈單體、含氟單體等，可同時(shí)滿足電解液溶脹及電負(fù)性元素含量?jī)蓚€(gè)因素，因此具有很好的動(dòng)力學(xué)性能。

2.2 SBR在石墨電極中的分布在負(fù)極體系中，一般來(lái)講CMC是會(huì)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(wèn)題與挑戰(zhàn)

針對(duì)目前對(duì)能量密度的需求，SBR及CMC在負(fù)極中的含量總和應(yīng)不超過(guò)2wt%，因此對(duì)SBR的粘結(jié)強(qiáng)度提出了很高的要求，亟需提升SBR粘結(jié)力。

審核編輯 ：李倩