🔴锂电池粘结剂主要分为油性和水性两大类: 1)油性粘结剂:典型代表是PVDF,目前应用最广泛,但其溶剂对环境有害,且含氟,容易与嵌锂石墨发生副反应,影响电池性能。2)水性粘结剂:包括CMC+SBR和PAA等。水性粘结剂CMC+SBR环保性好,但黏附力相对有限,尤其在高比容量硅基负极中难以有效应对膨胀问题。
🔵硅碳复合材料作为锂电池下一代的高比容量负极材料,目前国内厂商开始布局硅碳复合材料和推进碳负极的产业化应用,但硅基材料在充放电过程中体积迅速膨胀,最终引起锂电池容量快速衰减和降低循环稳定性,开发高性能粘结剂是解决硅基负极材料体积变化最简单的方法之一。
🟡聚丙烯酸PAA(Polyacrylic Acid)作为硅基负极粘结剂性能表现优异,其既可以溶解于有机溶剂又可以溶解于去离子水,分子链上具有大量羧基,而硅负极表面的硅原子在空气中容易被氧化成Si-OH,羧基与羟基在匀浆、涂覆和烘烤等一系列的电极工艺中,发生缩合反应形成共价键,从而提供更强的粘结力,有利于缓冲锂化/去锂化过程中引起的体积变化,钠化后PAA还可改善SEI膜性能。
🟢PAA优势主要包括(1)水溶性与环保性:PAA是一种水性粘结剂,具有更好的环保性,且生产成本更低。(2)适配硅基材料:硅基负极材料在充放电过程中会产生高达300-400%的体积膨胀,PAA能够有效缓冲这种膨胀,维持电极的稳定性,从而提升循环寿命和容量保持率。(3)机械与热稳定性:PAA具有优异的粘结强度,能够在充放电循环中保持活性物质与集流体之间的紧密连接,有效抵抗电极内部的膨胀应力。(4)循环性能:PAA在硅基负极中有更好的循环性能;在100次循环后仍可保持75%的容量且电极表面依旧平整。
🟠PAA应用主要包括电池负极、正极和涂覆隔膜等:1)传统石墨负极;2)硅基负极;3)正极材料: PAA粘结剂主要应用于磷酸铁锂和锰酸锂体系; 4)涂覆隔膜:PAA可与PVDF、分散剂和陶瓷粉体混合后制成浆料,再进行涂覆。

🟣PAA生产流程关键在于精确控制聚合反应和后续处理。原料准备影响最终产品的纯度;聚合反应中的温度和引发剂量决定分子量和粘度;纯化与浓缩确保产品纯净;配制与调节调控性能满足应用需求;干燥与后处理影响运输和储存方式;质量检测确保产品符合标准。每一步精确控制都会影响PAA的粘结强度、化学稳定性和适应性。
参考资料:高工锂电等