锂电池正极粘结剂

锂离子电池由于具有比能量高，工作电压高，质量轻、自放电小、循环寿命长，贮存寿命长、放电性能稳定，无记忆效应、环境污染小等一系列突出优点，目前已广泛应用于手机，笔记本电脑等新型便携式通信、电子产品上。目前，研究者们对锂离子蓄电池材料的研究主要集中在正极材料、负极材料、电解液以及隔膜等方面，而对电池中的辅助材料（如导电剂、粘结剂、分散剂等）的研究较少。在电极中，粘结剂是用来将电极活性物质粘附在集流体上的高分子化合物。它的主要作用是粘结和保持活性物质，增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，更好地稳定极片的结构，对于在充放电过程中体积会膨胀、收缩的锂离子电池正负极来说，要求粘结剂对此能够起到一定的缓冲作用。选择一种合适的锂离子电池粘结剂，要求其欧姆电阻要小，在电解液中性能稳定，不膨胀、不松散、不脱粉。一般而言，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，直接影响着电池的性能。加入最佳量的粘结剂，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，这对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有促进作用。因此选择一种合适的粘结剂非常重要。1、粘接剂的作用及性能；(1)保证活性物质制浆时的均匀性和安全性；(2)对活性物质颗粒间起到粘接作用；(3)将活性物质粘接在集流体上；(4)保持活性物质间以及和集流体间的粘接作用；(5)有利于在碳材料(石墨)表面上形成SEI膜。2、对粘接剂的性能要求；(1)在干燥和除水过程中加热到130—180~C情况下能保持热稳定性；(2)能被有机电解液所润湿；(3)具有良好的加工性能；(4)不易燃烧；(5)具有比较高的电子离子导电性；(6)用量少，价格低廉；锂离子电池中，由于使用电导率低的有机电解液，因而要求电极的面积大，而且电池装配采用卷式结构，电池的性能的提高不仅对电极材料提出了新的要求，而且对电极制造过程中使用的粘接剂也提出了新的要求。目前，工业上普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）作锂离子电池的粘结剂，Ｎ—甲基吡咯烷酮（NMP）做分散剂。下面对工业上常使用的PVDF做一下总结：聚偏二氟乙烯（PVDF），VF2的均聚物和聚偏二氟乙烯共聚物，VF2（偏二氟乙烯）/HFP（六氟丙烯）的共聚物在锂离子电池系统中已经被广泛接受作为粘接剂的材料。它们在电化学性能、热稳定性，化学稳定性以及其生产工艺的简单程度是其它聚合物粘接剂所无法比拟的。PVDF是一个由VF2单体，通过加聚反应合成的的聚合体。从结构上说，它由CH2键和CF2键相间连接的。该聚合物既具有典型的含氟聚合物的稳定性，同时聚合物链上的交互基团能产生一个独特的极性，该极性影响着聚合物的溶解度以及与锂离子、活性材料和金属集流器之间的相互作用力。最为重要的是电学稳定性、纯度、分子质量、熔点、溶解性和机械属性。经常用的PVDF有5130，HSV900，kynar761A。PVDF5130是悬浮混合的，分子量为110万，5130粒径略大，100微米，加入了极性官能团，黏性更优，用量较省，纯度更好。HSV900是乳液聚合的，分子量为100万，径粒更小，30微米，是纯PVDF，所以加工性能好，循环不会掉粉，溶解能力更强。Kynar761A，分子量50W左右。5130在配料，涂布时较好加工，但在装配加工时，掉粉，反弹，等现象较900严重一些。5130粘结剂粘结效果更好，箔材接触较好，要提升能量密度的话，首推5130粘结剂。，所以900多用于钴酸锂、锰酸锂、三元正极，5130多用于LFP。PVDF和其他基团共聚，粘度更高，但加工性能略差，其实PVDF的分子量越高其粘接性能应该是越好的，但PVDF在浆料中含量高，对电池内阻的影响大，特别容量小的电池。所以选择合适的粘结剂，粘结剂合适的比例对电池的性能是很重要的。