电池黏合剂概述以及常见测试表征手段

一、电池黏合剂概述

1.什么是黏合剂?

锂电池中的黏合剂是电池制造过程中的关键材料之一，在电极中，粘结剂是将正负极活性物质粘附在集流体上的高分子化合物，主要用于电极材料的粘接，确保电池各个组成部分的结构完整性。随着锂电池容量、能量密度和功率需求的不断提升，黏合剂的性能对于电池的循环寿命、功率密度、热稳定性以及安全性等各方面都有重要影响。

2.黏合剂有哪些技术要求?

电解液相容性：不溶于电解溶液，不与电解液发生化学反应；

电化学稳定性：在操作电压范围内，粘结剂不会被氧化或还原；在电池充放电过程中，不与活性材料、Li及其他物质发生副反应；

加工性能：能提供良好的浆料、极片、电池加工性能；

粘结性能：能提供足够的粘结强度，以确保在电池生产、使用(存储、循环)过程中，不会出现活性材料从极片上脱落失效的现象；

动力学性能：粘结剂应具有较高的锂离子电导率。

3.黏合剂有哪些类型?

主要可以分为水性黏合剂和有机溶剂型黏合剂两大类。水性黏合剂使用水作为溶剂，具有环保性好、无毒、无污染的优点，广泛应用于需要避免有害溶剂的电池制造中，如水性聚氨酯和羧甲基纤维素(CMC),能够有效减少环境污染，降低生产成本。然而，由于水性溶剂的导电性较差，在某些高性能电池中可能无法提供足够的粘附力和稳定性。

相比之下，有机溶剂型黏合剂(如使用NMP溶剂的聚偏二氟乙烯PVDF)则能提供更强的机械强度和更好的电池稳定性，尤其适用于需要高导电性和强粘接力的应用中，常用于高能量密度的锂电池。然而，由于其含有有机溶剂，可能对环境和操作人员产生潜在危害，因此其使用受到一定的限制。

黏合剂性能图

问题1:浆料沉降怎么办?

原因分析：

1.CMC种类(分子量、取代度)不合适或用量太少；

2.捏合过程中CMC用量太多，导致游离在颗粒之间、起悬浮作用

的CMC用量不足，导致浆料稳定性不好；

解决思路：

1.换用或者搭配取代度高、分子量大的CMC;

2.增加CMC的用量(但要合适，否则电池低温性能可能受影响);

3.减少捏合的CMC用量，提高游离CMC的含量；

4.SBR加入浆料体系之后，控制搅拌速度(≤800r/min)及搅拌时间。

问题2:涂布极片外观差怎么办?

原因分析：

1.粘结剂Tg较高，导致成膜温度高于涂布温度，成膜过程困难，导致表现出极片开裂的现象；

2.Binder分子链间氢键作用太强，涂布、干燥过程中收缩

严重，应力较大，从而导致极片开裂。

解决思路：

1.换用或搭配使用较低成膜温度粘结剂；

2.增塑剂进行增塑，如PAA+EC,BI-4+EC等。

三、常见测试表征手段

剥离强度测试——粘结力/内聚力

1.一般常用剥离实验来衡量粘结剂的黏结力；

2.将粘结剂涂覆在基材上，并贴合另一层材料；

3.使用剥离测试仪，以一定速度剥离两层材料，记录所需的力。

Binder离子电导率测试

 电化学稳定性测试

一般要求binder可以耐受0-5V的电压。电化学稳定性好的binder不仅可以在正负极中应用，也可以涂覆于隔膜，应用在高电压体系。

锂离子扩散系数测试

锂离子扩散系数可以通过循环伏安法(CV)在不同扫描速率下进行测试，并利用Randles-Sevcik方程来进行计算。该方法通过在不同扫描速率(v)下测量电流，分析电流与扫速之间的关系，从而推导出扩散系数。

本文源自微信公众号：一起学电池

原文标题：《电池黏合剂概述以及常见测试表征手段》

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