粘结剂对锂电池的电化学性能有什么影响？
来源：宝鄂实业
2019-05-18 18:05
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从极片加工角度对粘结剂的性能要求主要有以下几点：
1.能够长时间维持浆料粘度保持不变。不会因为浆料放置导致其沉降，失效。
2.可溶解形成高浓度溶液，所需的汽化热较低。
3.碾压时容易成型且不会反弹。
4.具有柔性，在电极破裂时不会形成碎片
粘结剂不仅关乎锂电池的制造工艺，而且对锂电池的电化学性能有着重要的影响，需要粘结剂还具有以下的特点：
1.能够很好的保持活物质的状态，不破坏结构。
2.与金属箔具有良好的粘结性，不会因为电解液和充放电使用而剥离金属箔。
3.在较宽的电压范围内有良好的电化学稳定性。
4.具有较高的熔点和较低的溶胀率。即使在高温下，粘结剂与活物质的组合结构也需要保持稳定。粘结剂通常会有溶胀现象，溶胀超出一定程度就会影响活性物质和集流体间的导电性，就会造成电池容量衰减，所以需要控制其溶胀率。
5.具有良好的离子传输性和电子导电性。
粘结剂可以分为水系粘结剂和油系粘结剂，常用的油系粘结剂有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)等作为其溶剂。在磷酸铁锂、NCM三元材料为正极材料的电池体系中，一般选用PVDF作为正极粘结剂。
PVDF有粉状颗粒和胶状物质，粉状呈白色颗粒，胶状PVDF为淡黄色透明胶体，粘度约为5000~8000mPs。无论PVDF的粉末直接用于搅拌浆料还是先做成胶体再投入制浆工艺都已成熟，两者的区别是在固含量和投料比一致的情况下，工艺略有不同，浆料最终粘度也不相同。
水系粘结剂主要有SBR(丁苯乳液)、CMC(羟甲基纤维素钠)、PTFE(聚四氟乙烯乳液)、PAA(聚丙烯酸酯)等。最初，负极搅拌使用的粘结剂也是PVDF等油系粘结剂，但是因为考虑到电池内极化严重，且水系更环保且能代替其粘结作用，故发展到现在负极选用水系粘结剂已经成为其主流方向。
常见于负极石墨体系选用SBR和CMC作为负极粘结剂，SBR和CMC均具有粘结的作用，但是实际上SBR称为粘结剂而CMC称为增稠剂(稳定浆料)。选用SBR和CMC两者协同作为粘结剂的理由如下：
1.SBR粘结性更强，但是其在长时间的搅拌下容易破乳，从而结构破坏，降低其粘结性，一般情况下SBR选择在搅拌后期加入。同时SBR分散效果并没有CMC好，过多的SBR会产生较大溶胀，所以也不能完全用SBR作为粘结剂。
2.CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。CMC在水溶液中会分解出钠离子和阴离子，随着CMC量增加，其分解产物将附着在石墨颗粒表面，石墨颗粒之间由于静电作用力而相互排斥，达到很好分散效果。 但是CMC也有比较致命的缺点，CMC是呈脆性的，如果全部选用CMC作为粘结剂，极片在压片、分切过程中石墨负极出现坍塌会出现严重的掉粉情况。
目前还没有一种完美的粘结剂，能够符合上述要求的所有特征。只能在此基础上，尽量挑选符合物理加工及电化学要求的粘结剂。随着锂电技术的发展，考虑到成本及环保问题，锂电池逐渐向水系粘结剂转移。
讲完了粘结剂，说说导电剂，我们总是希望锂离子在传送过程中跑得快，这样才能满足高倍率充放。导电剂就是以这一宗旨添加进去，增强物质的导电性，常用的导电剂有SP（超导炭黑），石墨烯，CNTs（碳纳米管）。而纯石墨烯电池，对离子的运输能力则是一个数量级的提升。
将正负极活性物质、粘结剂、溶剂等合成浆料后，测试浆料的粘度和固含量，合格后便运送到下一个工序--涂布。
1.能够长时间维持浆料粘度保持不变。不会因为浆料放置导致其沉降，失效。
2.可溶解形成高浓度溶液，所需的汽化热较低。
3.碾压时容易成型且不会反弹。
4.具有柔性，在电极破裂时不会形成碎片
粘结剂不仅关乎锂电池的制造工艺，而且对锂电池的电化学性能有着重要的影响，需要粘结剂还具有以下的特点：
1.能够很好的保持活物质的状态，不破坏结构。
2.与金属箔具有良好的粘结性，不会因为电解液和充放电使用而剥离金属箔。
3.在较宽的电压范围内有良好的电化学稳定性。
4.具有较高的熔点和较低的溶胀率。即使在高温下，粘结剂与活物质的组合结构也需要保持稳定。粘结剂通常会有溶胀现象，溶胀超出一定程度就会影响活性物质和集流体间的导电性，就会造成电池容量衰减，所以需要控制其溶胀率。
5.具有良好的离子传输性和电子导电性。
粘结剂可以分为水系粘结剂和油系粘结剂，常用的油系粘结剂有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)等作为其溶剂。在磷酸铁锂、NCM三元材料为正极材料的电池体系中，一般选用PVDF作为正极粘结剂。
PVDF有粉状颗粒和胶状物质，粉状呈白色颗粒，胶状PVDF为淡黄色透明胶体，粘度约为5000~8000mPs。无论PVDF的粉末直接用于搅拌浆料还是先做成胶体再投入制浆工艺都已成熟，两者的区别是在固含量和投料比一致的情况下，工艺略有不同，浆料最终粘度也不相同。
水系粘结剂主要有SBR(丁苯乳液)、CMC(羟甲基纤维素钠)、PTFE(聚四氟乙烯乳液)、PAA(聚丙烯酸酯)等。最初，负极搅拌使用的粘结剂也是PVDF等油系粘结剂，但是因为考虑到电池内极化严重，且水系更环保且能代替其粘结作用，故发展到现在负极选用水系粘结剂已经成为其主流方向。
常见于负极石墨体系选用SBR和CMC作为负极粘结剂，SBR和CMC均具有粘结的作用，但是实际上SBR称为粘结剂而CMC称为增稠剂(稳定浆料)。选用SBR和CMC两者协同作为粘结剂的理由如下：
1.SBR粘结性更强，但是其在长时间的搅拌下容易破乳，从而结构破坏，降低其粘结性，一般情况下SBR选择在搅拌后期加入。同时SBR分散效果并没有CMC好，过多的SBR会产生较大溶胀，所以也不能完全用SBR作为粘结剂。
2.CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。CMC在水溶液中会分解出钠离子和阴离子，随着CMC量增加，其分解产物将附着在石墨颗粒表面，石墨颗粒之间由于静电作用力而相互排斥，达到很好分散效果。 但是CMC也有比较致命的缺点，CMC是呈脆性的，如果全部选用CMC作为粘结剂，极片在压片、分切过程中石墨负极出现坍塌会出现严重的掉粉情况。
目前还没有一种完美的粘结剂，能够符合上述要求的所有特征。只能在此基础上，尽量挑选符合物理加工及电化学要求的粘结剂。随着锂电技术的发展，考虑到成本及环保问题，锂电池逐渐向水系粘结剂转移。
讲完了粘结剂，说说导电剂，我们总是希望锂离子在传送过程中跑得快，这样才能满足高倍率充放。导电剂就是以这一宗旨添加进去，增强物质的导电性，常用的导电剂有SP（超导炭黑），石墨烯，CNTs（碳纳米管）。而纯石墨烯电池，对离子的运输能力则是一个数量级的提升。
将正负极活性物质、粘结剂、溶剂等合成浆料后，测试浆料的粘度和固含量，合格后便运送到下一个工序--涂布。
