在鋰電池電極中，粘結劑約占電極質量的1%~10%，能起到將電極活性材料、集流體、導電劑粘結起來，增強并保持活性的作用；而電極的活性材料和導電劑大多使用納米級材料，在高濃度的電極漿料中極易發生團聚現象，為解決上述納米粉體在漿料中的分散性問題，引入化學分散劑尤為重要。故新型粘結劑和分散劑的研發應用逐漸成為行業熱題。

一、粘結劑

作為電極中不可或缺的一部分，除最基本的粘結功效以外，粘結劑必然肩負著其他重要使命。

(一)粘結劑的作用

主要有勻漿、穩定結構、提高性能。

1.勻漿

在制備電極時，粘結劑首先溶解在合適的溶劑中，形成膠狀物質，然后與導電劑和活性材料一起球磨勻漿，保證材料的均勻、穩定。

2.穩定結構

鋰電池在電極充、放電時體積會發生變化，粘合劑在此過程中能起到緩沖作用，含有活性物質的涂膜不會脫落或產生裂痕。

3.提高性能

主要通過減小電極阻抗來實現。

（二）高效粘結劑應具備的特點

打鐵還需自身硬，既然要實現上述重要作用，那么理想中高效的粘結劑應當滿足多種情況下的考驗。

1.穩定性

在給定的電極/電解質體系中具有良好的穩定性，耐電解液腐蝕，同時在工作電壓內不發生氧化還原反應。

2.溶解性

在溶劑中溶解速度快，溶解度高，且所需溶劑安全、環保、無毒。

3.粘度適中

便于勻漿和維持漿料穩定，且粘結能力強的同時用量小。

4.柔韌性能好

能耐受電極工作期間活性物質顆粒的體積變化。

（三）粘結劑的分類及應用現狀

在對粘結劑的作用和性能要求進行準確界定以后，選擇合適的材料是最終目的。根據溶劑種類不同，一般把粘結劑分為兩大類：一類是以有機物為溶劑的油性粘結劑；另一種是以去離子水為溶劑的水性粘結劑。

1.新型油性粘結劑的應用現狀

聚偏氟乙烯（下稱“PVDF”）是一種較為傳統的油性粘結劑，在工業上廣泛應用，但它和導電劑作用力較弱，在電解液中會發生緩慢溶脹，導致離子傳輸能力差，且用量較多，使電池整體能量密度小。所以有必要開發一系列新型粘結劑來解決上述問題。

1.1.聚酰亞胺的崛起

聚酰亞胺（下稱“PI”）具有優異的加工性能、機械性能、熱穩定性和化學穩定性，在鋰電池方面應用前景廣闊。研究者們以PI為粘結劑應用于Si負極上，經過數百次充放電循環后，電池依然有不低于75%的容量保持率，比PVDF高2倍左右。此外，氟代聚酰亞胺（FPI）在高溫高壓下的電極材料中顯示出了良好的穩定性，是PI粘結劑的一次重大提升，為高溫高壓無電解液體系開拓了新思路。

聚酰亞胺（PI）

1.2.在PVDF的基礎上改性

常見的方式有共聚法和共混法。學者們對比了聚偏氟乙烯-聚四氟乙烯-聚丙烯（PVDF-TFE-P）共聚物與純PVDF之間的斷裂伸長率，也就是我們熟知的彈性程度，結果顯示，該共聚物的斷裂伸長率為100%，而PVDF只有不到10%。這說明共聚后的產物具有高彈性，在充放電過程中能很好地維持電極材料的聚集狀態，保證活性材料與集流體之間的電子傳遞，因此作為大體積變化的粘結劑時可以替代PVDF使用。

2.新型水性粘結劑的應用現狀

有機溶劑的使用會造成一定的污染，故水性粘結劑更加環保，且具有更優異的性能。但針對水性粘結劑的應用仍然存在一些問題，如采用水性粘結劑時漿料的分散性差，易形成團聚；水性粘結劑對基材的潤濕性、水的熱容量大等因素也在一定程度上限制了應用。

2.1.中等分子量的聚丙烯酸改善離子傳輸問題

研究者發現，分子量處于1萬~100萬之間的聚丙烯酸（下稱“PAA”）可作為水性粘結劑使用，PAA能夠促進鋰離子與活性物質的接觸，同時減少了電解液和活性物質之間發生的多種副反應，從而提高整體的循環效率；另一方面，PAA還能在電極表面形成篩網狀結構，恰好容許鋰離子迅速通過，促進離子傳輸，提高了電池倍率性能。

 (a)PVDF對于鋰離子的流通率有一定阻礙，并可能改變活性材料結構

(b)PAA形成的篩網結構能加快鋰離子傳輸

2.2.兩種傳統水性粘結劑的融合

將羧甲基纖維素鈉（下稱“CMC-Na”）和海藻酸鈉（下稱“SA”）兩種水性粘結劑共同使用，經測試發現，CMC-Na的引入能使電極在0.1C下循環充放電80次后的電池容量仍高于PVDF基電極，且CMC-Na與SA均能提供大量的鈉離子，由于其離子半徑比鋰離子大，在放電的過程中能夠插入到鋰離子遷移形成的空位中，起到穩定晶體結構的支撐作用。

二、分散劑

分散劑在鋰電池中的主要應用方式為化學分散，作用于顆粒，使其表面性質變化，進而改變顆粒-顆粒、顆粒-液相介質間的相互作用，使粉體分散。

（一）分散劑的作用

除了最基本的減少團聚，分散劑還能起到如下作用：

1.優化加工漿料的粘度，使其更容易處理、加快加工速度。

2.在電極生產階段，分散劑有助于穩定導電炭黑在溶劑中的分散體。

3.在電極中，分散劑有助于使碳顆粒分布更加均勻，提高導電性，可以有效減小電池內阻。

（二）分散劑的性質要求

分散劑的選擇可以由功能入手，從液相中的解離度、副反應以及對電極材料的腐蝕性三個角度分析。

1.在電極漿料的液相環境下應具有高解離度，自身不發生團聚，才能有效減少漿料整體的團聚。

2.分散劑本身屬于成品鋰電池中的雜質，在起分散作用時盡量減少副反應的發生，以防帶入更多的雜質影響電池正常的性能發揮。

3.分散劑自身不能對電極或集流體表面有腐蝕，否則容易造成電極損壞。

（三）新型分散劑的應用現狀

分散劑目前大多數都適用于陰極，新型分散劑的開發正逐漸向著優化分散效果的同時拓展新功能方向靠攏。

1.潤濕分散劑

畢克化學的新型潤濕分散劑“BYK-ET 3000”以引入季銨基團的改性苯乙烯馬來酸共聚物（SMA）為原料，溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中形成了共聚物溶液。季銨基團的加入增強了分散劑的表面活性，改善固體的潤濕度，從而縮短了炭黑和其他導電碳的分散過程。

銨根的四個氫離子均被取代，故季銨鹽能根據需求具備分散/潤濕/增溶等非常多種功能

2.PAA的另一種妙用

PAA的功能實際上與它的分子量息息相關。前文提到中等分子量的PAA能夠用作粘結劑，而分子量小于1萬時的低分子量PAA卻是一種良好分散劑。在此基礎上拓展的一些聚合物同樣有優秀的分散性質。例如聚丙烯酸鈉（PAANa）是PAA的一種離子態，水溶性極強，能夠吸附在粉體顆粒表面，降低顆粒的表面能，并通過顆粒的表面電荷排斥周圍的顆粒，達到分散的目的。此外，PAANa還可通過降低介質的表面張力來提高粒子分散的性能。

聚丙烯酸鈉（PAANa）

三、小結

無論是企業還是學術界，對新型粘結劑的開發都專注于保證粘結作用的同時降低粘度和用量、增強導電性、強化柔韌性、綠色環保；對新型分散劑則追求更好的分散作用、更低的粘度以及對電池性能影響更小。作為鋰電池結構中不可替代的兩部分，未來的發展空間依然很大。

參考來源

1.鋰離子電池粘結劑研究進展，付甜甜（中國電子科技集團第十八研究所）

2.鋰離子電池用PVDF粘結劑的改性與性能研究，彭黎波（福建師范大學）

3.鋰離子電池多孔聚合物粘結劑的制備及其機理研究，祁若軒（上海大學）

4.分散劑的合成及其在鋰離子電池涂料中的應用，任云（邯鄲學院）

5.化學分散劑在LiFePO4正極中的應用研究，屈長明（中南大學）

粉體圈：小張

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