摘要

未來，為滿足動力電池在續(xù)航能力、安全性能、使用壽命、低成本等方面的更高需求，正負極材料以及電池制作工藝方面會有較大的變化，粘合劑也會出現(xiàn)大量的研發(fā)創(chuàng)新，將有更新的粘合劑被持續(xù)不斷開發(fā)出來。

“粘合劑這個東西說白了就是膠水，做出來很容易，但做好、做到頂級非常難?！?/p>

在2017年高工鋰電年會上，成都中科來方能源科技股份有限公司總經理李仁貴用“膠水”這樣詼諧幽默的調侃來形容中科來方已深耕了17年的產品。

事實上，由于正負極材料和導電劑都是無機粉末，因此在形成電池正負極極片的過程中需要高分子粘合劑將兩者牢固地粘接在金屬集流體上，這樣看來，粘合劑確實類似膠水。不過由于鋰電池內部時時刻刻都在發(fā)生復雜的化學反應，因此，想要穩(wěn)定可靠的起到“粘合”作用也并不容易。

從極片工藝的角度看，需要鋰電粘合劑具備以下四大特點：1.能夠長時間維持漿料粘度保持不變。不會因為漿料放置導致其沉降，失效；2.可溶解形成高濃度溶液，所需的汽化熱較低；3.碾壓時容易成型且不會反彈；4.具有柔性，在電極破裂時不會形成碎片。

此外，在鋰電池內部有使用占比1~2%的電池粘結劑，還扮演著重要的核心角色，往往由于粘結劑高分子聚合物的某些特性，給電池性能帶來意想不到的影響。

據日本JSR株式會社對電池粘合劑的長期研究發(fā)現(xiàn)，粘合劑在滿足鋰電池基本應用需求以外，還會直接影響到鋰電池的性能發(fā)揮。影響范圍包括粘結強度、遷移抑制(工藝速度)、內阻、膨脹抑制、循環(huán)特性。

李仁貴表示，鋰電池經過三年的高速發(fā)展，其粘合劑應用已經比較成熟了，其中商業(yè)化應用的大致可分為水系粘合劑和油系粘合劑。其中，正極材料主要使用油性粘合劑PVDF，該類粘結劑需要加入NMP溶劑配合使用，但會產生對人體和環(huán)境有害的物質。而負極材料主要使用水性粘合劑聚丙烯系列和SBR乳液系列。

而隨著鋰電池向高能量密度、高安全、低成本發(fā)展，對粘合劑也提出了更高的要求，主要表現(xiàn)為粘合劑用量少、高溫儲存性能好、極片柔韌性強、以及極片輥壓剝離力優(yōu)異等。

比如索爾維特種聚合物事業(yè)部就推出了一款新型PVDF粘合劑，通過減少粘合劑的用量，來相應增加電池活性物質，進而提升電池能量密度。其粘合劑用量較此前產品減少了30%，同時有望增加電池15%的可靠性，相當于延長了1年甚至更長的使用壽命。

而作為國內電池粘合劑行業(yè)的領頭羊，中科來方團隊來自中科院的成都有機所，且專注粘合劑的技術研發(fā)已經長達17年，其對粘結劑的研發(fā)方式及研發(fā)成果都非常值得國內同行借鑒和學習。

以一款應用于負極的新型粘合劑LA136D為例。首先，中科來方從材料本身的一級結構開始設計分子結構，包括材料的柔韌性，耐電化學性等各個方面的性能。其次，研發(fā)人員在二級結構上進行控制，主要是通過分子量來調節(jié)粘接性。最后在三級結構中，達成電池的優(yōu)異性能。

從產品基礎性能上看，LA136D粘合劑的分解溫度為280℃，電化學窗口大于6V。最為出眾的是其粘接能力，與當前主流的SBR水系粘合劑對比，在用量更少的情況下，粘結性能大幅度提高。

▲LA136D與SBR的粘結性對比

此外，在電解液的溶脹上，LA136D也有著顯著優(yōu)勢。用EC：DEC為3:7的電解液在70℃、鋁塑膜密封環(huán)境下測試24小時，結果表明，LA136D對電解液的吸收量為10.60%，而SBR的吸收量為34.95%。

將LA136D與SBR分別應用到相同的電池體系中，可以明顯感受到LA136D粘合劑體系對導電劑的分散起到了更好的效果，同時在高速涂布工藝上也有較大的改善。而從性能上看，使用LA136D粘合劑的電池在功率性上有出色表現(xiàn)，尤其是低溫充放電性能和高溫時的內阻變化都有一定的正面作用。

值得一提的是，LA136D只是中科來方粘合劑研發(fā)的一個縮影。未來，為滿足動力電池在續(xù)航能力、安全性能、使用壽命、低成本等方面的更高需求，正負極材料以及電池制作工藝方面會有較大的變化，粘合劑也會出現(xiàn)大量的研發(fā)創(chuàng)新，將有更新的粘合劑被持續(xù)不斷開發(fā)出來。