在電極中,粘結(jié)劑是用來將電極活性物質(zhì)粘附在集流體上的高分子化合物。它的主要作用是粘結(jié)和保持活性物質(zhì),增強(qiáng)電極活性材料與導(dǎo)電劑以及活性材料與集流體之間的電子接觸,更好地穩(wěn)定極片的結(jié)構(gòu),對于在充放電過程中體積會膨脹、收縮的鋰離子電池正負(fù)極來說,要求粘結(jié)劑對此能夠起到一定的緩沖作用。
選擇一種合適的鋰離子電池粘結(jié)劑,要求其歐姆電阻要小,在電解液中性能穩(wěn)定,不膨脹、不松散、不脫粉。一般而言,粘結(jié)劑的性能,如粘結(jié)力、柔韌性、耐堿性、親水性等,直接影響著電池的性能。加入最佳量的粘結(jié)劑,可以獲得較大的容量、較長的循環(huán)壽命和較低的內(nèi)阻,這對提高電池的循環(huán)性能、快速充放能力以及降低電池的內(nèi)壓等具有促進(jìn)作用。因此選擇一種合適的粘結(jié)劑非常重要。
1、粘接劑的作用及性能
(1)保證活性物質(zhì)制漿時的均勻性和安全性;
(2)對活性物質(zhì)顆粒間起到粘接作用;
(3)將活性物質(zhì)粘接在集流體上;
(4)保持活性物質(zhì)間以及和集流體間的粘接作用;
(5)有利于在碳材料(石墨)表面上形成SEI膜。
2、對粘接劑的性能要求
(1)在干燥和除水過程中加熱到130—180℃情況下能保持熱穩(wěn)定性;
(2)能被有機(jī)電解液所潤濕;
(3)具有良好的加工性能;
(4)不易燃燒;
(5)具有比較高的電子離子導(dǎo)電性;
(6)用量少,價格低廉;
鋰離子電池中,由于使用電導(dǎo)率低的有機(jī)電解液,因而要求電極的面積大,而且電池裝配采用卷式結(jié)構(gòu),電池的性能的提高不僅對電極材料提出了新的要求,而且對電極制造過程中使用的粘接劑也提出了新的要求。目前,工業(yè)上普遍采用聚偏氟乙烯(PVDF)作鋰離子電池的粘結(jié)劑,N—甲基吡咯烷酮(NMP)做分散劑。
下面對工業(yè)上常使用的PVDF做一下總結(jié):
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)的共聚物在鋰離子電池系統(tǒng)中已經(jīng)被廣泛接受作為粘接劑的材料。它們在電化學(xué)性能、熱穩(wěn)定性,化學(xué)穩(wěn)定性以及其生產(chǎn)工藝的簡單程度是其它聚合物粘接劑所無法比擬的。PVDF是一個由VF2單體,通過加聚反應(yīng)合成的的聚合體。從結(jié)構(gòu)上說,它由CH2鍵和CF2鍵相間連接的。該聚合物既具有典型的含氟聚合物的穩(wěn)定性,同時聚合物鏈上的交互基團(tuán)能產(chǎn)生一個獨(dú)特的極性,該極性影響著聚合物的溶解度以及與鋰離子、活性材料和金屬集流器之間的相互作用力。最為重要的是電學(xué)穩(wěn)定性、純度、分子質(zhì)量、熔點(diǎn)、溶解性和機(jī)械屬性。
經(jīng)常用的PVDF有5130,HSV900,kynar761A
PVDF5130是懸浮混合的,分子量為110萬,5130粒徑略大,100微米,加入了極性官能團(tuán),黏性更優(yōu),用量較省,純度更好。HSV900是乳液聚合的,分子量為100萬,徑粒更小,30微米,是純PVDF,所以加工性能好,循環(huán)不會掉粉,溶解能力更強(qiáng)。Kynar761A,分子量50W左右。
5130在配料,涂布時較好加工,但在裝配加工時,掉粉,反彈,等現(xiàn)象較900嚴(yán)重一些。5130粘結(jié)劑粘結(jié)效果更好,箔材接觸較好,要提升能量密度的話,首推5130粘結(jié)劑。所以900多用于鈷酸鋰、錳酸鋰、三元正極,5130多用于LFP。PVDF和其他基團(tuán)共聚,粘度更高,但加工性能略差,其實(shí)PVDF的分子量越高其粘接性能應(yīng)該是越好的,但PVDF在漿料中含量高,對電池內(nèi)阻的影響大,特別容量小的電池。所以選擇合適的粘結(jié)劑,粘結(jié)劑合適的比例對電池的性能是很重要的。
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