来源：前沿情报站(qyqbz_2021)
在现有锂电池制备技术中，粘结剂是正负极的重要组成部分。在充放电过程中，粘结剂起到维持电极结构完整，确保电池正常重复运行的作用。
现有的电池粘结剂材料存在的问题
粘结剂是一种高分子化合物，是锂离子电池电极片中的非活性成分。
PVDF
在锂离子电池的研究和实际生产中，最先广泛采用作为粘结剂的材料是聚偏氟乙烯(PVDF)。其耐电化学腐蚀能力强，然而仅通过范德华力与硅粘结的PVDF不足以提供稳定的循环性能。所以，在实际使用中，通常需要用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作为溶剂。
但是，NMP易燃、易爆、易挥发，而且毒性大，回收成本高，经济性、环保性难以达到要求。
水性粘结剂
因此，目前在电位相对较低的石墨负极中，倾向于使用更环保、安全的水性黏结剂，如丁苯橡胶(SBR)/羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸钠(NaAlg)、聚乙烯醇(PVA)等。但是这些材料也都存在着各自的问题，例如：
- 采用SBR作为粘结剂，必须同时添加CMC作为增稠剂。但CMC粘性一般，且柔性差，脆性大，在电池充放电时，极片容易龟裂。
- 采用PAA作为粘结剂，由于这种材料的玻璃化转变温度高，在常温下较硬。在制备极片时，脱嵌锂的过程中活性物质的体积通常会发生变化，这容易导致PAA粘结剂破裂，活性物质从极片脱落。
- 如果用PVA作为粘结剂，由于该聚合物只含有羟基，难以与硅负极形成强的相互作用。同时，该聚合物容易结晶，导致由该粘结剂制备的极片上的活性物质极易脱落。
除此之外，还存在一个问题：目前国内使用的PVDF黏结剂主要由欧日厂商，如阿科玛、索维尔把持；水性黏结剂，如SBR和CMC，则基本由日本厂商把持。
比亚迪新专利中的解决方案
在1月4日，比亚迪的一件专利《粘结剂、负极和锂离子电池》在国家专利局获得公开，提出了一种新型粘结剂，以及由该粘结剂制备的负极，以及由该负极制备的锂离子电池，以克服使用现有粘结剂的电极结构不稳定、电池循环性能差的问题。相关专利号码在文末可以查看。
根据专利描述，相关负极所采用的粘结剂，为含有羧基改性的聚乙烯醇和/或羧基改性的聚乙烯醇共聚物，其可与负极活性材料形成强的作用力，有效缓冲负极的体积变化，从而保持电极的电连接和完整性，使得电极结构稳定，提高电池的循环性能。
粘结剂的材料
专利提出的粘结剂中的羧基改性聚乙烯醇的结构式如下图所示：
功效
专利中将各种不同材料、不同比例配置的粘结材料制作成半电池进行试验，得到的充放电循环性能数据如下：
从上表中可以看到，相对于对比例中使用现有技术的聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、聚丙烯酸或聚胺类化合物粘结剂，专利中使用改性共聚物的实施例，由于具有更好的柔韧性和粘结性，在100次放电容量、100次循环后容量保持率数据上具有显著优势，说明由专利材料制备的电池能够显著提高电池的循环性能。
并且，由羧基改性的聚乙烯醇和/或羧基改性的聚乙烯醇共聚物与支化聚乙烯亚胺复合的粘结剂获得的效果最好。
相关专利：
- CN113889621A
- 2022.01.04
- 比亚迪股份有限公司
- 粘结剂、负极和锂离子电池
- 透过专利看技术。关注前沿情报站(qyqbz_2021)，获取国内外科技巨头最新技术情报。
热门跟贴