侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

5大锂电池粘结剂性能分析解码

二、CMC和SBR的性能

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。水性粘结剂有着与油性粘结剂一样甚至更好的性能,选择合适的用量,会使电池性能得到提高,而且由于其更安全,更环保,成本更低等优点,成为二次锂离子电池粘结剂研究的趋势和热点。

羟甲基纤维素钠(CMC)是一种钠盐。CMC是一种离子型线性高分子物质,纯品为白色或微黄色的纤维状粉末,无毒、无味,易溶于冷热水和极性溶剂中成为透明粘稠性溶液,在制作电极浆料的时候加入CMC,能提高浆料粘度和防止浆料沉淀。CMC胶液与金属箔有良好的粘结性,且具有导电性能。CMC胶液粘度会随着温度的升高而降低,容易吸潮,弹性较差。丁苯橡胶(SBR)是一种水性粘结剂,一种高分子材料具有良好的耐水和耐老化性能。

image.png

图3.CMC分子结构

相对来说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。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。同时,CMC受电极材料配比、pH值的影响较大,充放电时极片可能会龟裂,直接影响电池的安全性。

三、聚丙烯酸(PAA)及其盐类粘结剂

聚丙烯酸是一种水溶性链状聚合物,可以与许多金属离子形成聚丙烯酸盐,如聚丙烯酸及其盐的分子链中同样具有许多含氧基团(-COOH),能够与硅碳活性材料表面形成氢键作用,赋予活性颗粒与集流体之间较强的结合力,同时还具有缓解硅基材料体积膨胀的作用,还能够改善电池的循环性能,提高电池的寿命聚丙烯酸钠,聚丙烯酸钠易溶于水,具有增稠的作用,可用于锂离子电池料浆的增稠剂。目前有研究表明羧基含量更高的PAA比CMC-Na更适用于硅基负极材料。PAA不仅可与Si形成强氢键作用,而且能在Si表面形成比CMC-Na更均匀的类似SEI膜的包覆层,抑制电解液的分解,在Si电极材料方面的电化学性能优于CMC-Na、PVA和PVDF。PAA作为石墨负极的粘结剂时,可以在石墨电极表面形成一种膜,阻止石墨片层状剥落的过程中溶剂化锂离子的嵌入。

image.png

图4.PAA分子结构单元

四、聚四氟乙烯(PTFE)类

PTFE单体的分子式是(—CF2—CF2),PTFE具有良好的粘结性,能够在电极基体中形成一种弹性的网状结构,在这种结构中,活性物质不但彼此接触良好,有利于电子的传导,还可以对抗由于电极充放电造成的膨胀和收缩,能够改善锂电池的放电性能和储存寿命。PTFE在生产工艺是比PVDF简单,储存方法上要求也比较低,成本上比PVDF要低,且对环境友好。

image.png

图5.PTFE分子结构

在部分研究中发现,PTFE会增加电极的电阻,降低电极可逆性,从而降低电极的电位和放电容量。所以PTFE的用量要根据电极体系来决定。

五、聚乙烯醇(PVA)

聚乙烯醇(PVA)是一种白色至微黄色固体或者粉末,是一种常见的水溶性高分子化合物,其分子链中含有大量的羟基,可以在碳负极材料表面形成氢键,具有较好的粘结性。其外型可分为絮状、颗粒状、粉状三种,是一种用途相当广泛的水溶性高分子聚合物。水溶液粘度随聚合度增大而增大,成膜后的强度和耐溶剂性提高。耐光性好,不受光照影响。缺点是其水溶液在贮存时,有时会出现毒变。

image.png

图6.PVA分子结构单元

六、其它粘结剂

虽然目前研究使用中的粘结剂种类有很多,但是每种粘结剂的适用浆料体系、优缺点都各有不同。商业化锂电池的粘结剂并非单一组分粘结剂,目前常用的办法是对粘结剂进行改性,以优化其各项性能。改性的方法包括共混改性法、共聚改性法、研发新型粘结剂体系以及其它改性方法。

LA132/LA133水性粘结剂是丙烯腈多元共聚物的水分散液,具有良好的抗氧化和抗还原能力。此种粘结剂综合性能较好,使用时不需要添加增稠剂和有机溶剂,能够有效降低成本和对环境的污染。与PVDF粘结剂相比,LA132的溶胀性更小,可以防止锂电池使用过程中活物质的脱落。不过,在使用过程中需要注意调整浆料的粘度,涂布过程中极片的烘烤温度不能过高,否则容易出现卷边或涂层龟裂的现象。

LEE等使用两种水性粘结剂,聚丙烯酸丁脂(PBA)和聚丙烯腈(PA)作为正极材料为钴酸锂的锂离子电池粘结剂时,发现粘结剂可以提高柔韧性和改善循环稳定性。

除了以上例子外,还有很多类型的改性粘结剂。锂电池用粘结剂除了需要满足粘结性高之外,还要具有粘结后极片柔韧性好、在电解液中不溶解、致密性、化学和电化学稳定性以及易于电极涂覆,还要加上成本低、具有环保性等,想要满足所有的特性是比较困难的,粘结剂还有很长一段路要走。

<上一页  1  2  
声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号