一文详解锂电池正负极粘结剂
粘接剂作为锂离子电池电极制造中不可缺少的组成部分,在电极中占有较小的比例,但不同种类的粘接剂与锂离子电池电化学性能有非常密切的关系。硅作为一种储量非常丰富,理论比容量很高的负极材料,很有希望成为下一代锂离子电池的电极材料。
这篇文章主要阐述了当时(2013年左右)国内外学者在锂离子电池粘接剂方面的研究成果,重点介绍了硅基负极材料用粘接剂,总结了不同类型粘接剂对锂离子电化学性能的影响以及粘接机理,对未来锂离子电池用粘接剂的发展方向做了展望。
正文
粘结剂作为锂离子电池电极的重要组成部分,其主要作用是
保证电池在使用过程中活性物质颗粒间以及活性颗粒与集流体间具有一定的粘结强度,且有利于SEI膜形成
。在锂离子电池使用过程中,伴随着充放电,锂离子在活性物质的脱/嵌导致活性物质体积膨胀/收缩,石墨晶体晶面间距从0.335nm增加到0.372nm,相应的石墨负极颗粒体积膨胀率达到10%,因而
要求粘结剂对活性物质的膨胀/收缩能够起到一定缓冲作用
。同时,锂离子电池制作和使用过程中,均在一定温度下进行,最高温度达到150℃,故
粘接剂须能够承受较高温度。
可见,粘接剂性能好坏对电池性能的影响很大。
一般高分子粘结剂在电极中存在三种状态:
与活性颗粒表面部分成键的固定高分子;
存在于电极材料间隙的游离高分子;
包覆活性颗粒表面以及导电碳表面的界面高分子。
不同的存在状态反应出粘结剂的粘结力、在电解液中的稳定性、柔韧性、耐碱性以及亲水性等特征,这些性能决定了电池内阻大小、循环寿命长短等。
锂离子电池常用粘结剂主要包括聚乙烯醇(PVA),聚四氟乙烯(PTFE),聚烯烃类(PP,PE以及其他共聚物),聚偏氟乙烯(PVDF);改性SBR橡胶、氟化橡胶、聚胺酯等。
正极用粘接剂
正极常用粘结剂主要以油性PVDF为主,NMP做溶剂,
PVDF作为正极粘结剂具有良好的抗氧化性、耐化学品性
,特别是在常规碳酸酯类溶剂(EC、DEC、DMC等)
稳定性好
;但PVDF并不是能够满足锂离子电池粘结剂应具有的所有特征,如在离子液体电解液环境下,由于
PVDF易被溶胀,电极膜片与集流体之间粘结性变差,电池容量易衰减
。
以羧化聚偏二氟乙烯(C-PVDF)为粘结剂的LiFePO4研究显示,电极同集流体(铝箔)之间的粘结强度及其电化学性能会有所提高。由于
C-PVDF与铝箔之间的粘结强度高于PVDF同铝箔的粘结强度,故采用C-PVDF时电池有较低内阻
;
通过计算PVDF/C-PVDF与铝箔之间的结合能可知,在不同场中结合....
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