锂离子电池用水性胶粘剂发展状况

时间:2022-02-25   Admin:本诺电子材料

近年来,锂离子电池发展势头迅猛,其应用从手机、笔记本电脑发展到电动汽车、能源储备系统等领域。锂电池的快速发展对大型化技术、高能量面密度、快速充放电、循环稳定性以及环保安全等方面又提出了新的要求。胶粘剂在正负极材料中是非活性物质,对锂离子电池的整体性能有很大影响。胶粘剂用量通常为电池总材料的2~5%,成本占电池制造成本的1%以下,但可将电池性能提高5~10%,是锂离子电池生产的必备材料之一。其主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体,使电极活性物质、导电剂和集流体间具有整体的连接性,从而减小电极的阻抗。

锂离子电池用水性胶粘剂的特点锂离子电池中对胶粘剂要求不同于普通的胶粘剂,主要包括:电化学稳定性好;耐电解质腐蚀;在一定的溶剂中溶解性好;对金属有良好的粘接性能;有较好的柔软性。

目前主要应用的胶粘剂是以NMP(N~甲基吡咯烷酮)为分散剂的溶剂型PVDF(聚偏氟乙烯)胶粘剂。PVDF胶粘剂在电池应用中已经暴露出弹性模量较高(1~4GPa)使极片韧性不足,在所用电解液中有一定溶胀,对于粒子及电子有绝缘性、会增加电池内阻等缺陷,另外,NMP分散剂价格贵,挥发温度高,用量大,收回成本高,对人体健康有害。因此,锂离子负极材料中选用以水为分散介质的水性胶粘剂已成为主流方向。

锂离子电池用水性胶粘剂在国内的发展目前主要的水性胶粘剂有SBR(丁苯乳胶)、CMC(羟甲基纤维素)、PTFE(聚四氟乙烯乳液)、PAA(聚丙烯酸酯乳液)和PUA(水性聚氨酯)等。水性胶粘高端价格达每公斤300~400元,低端只需每公斤20~30元,价格相差十几倍。国产水性胶粘剂与日本企业差距的形成,根本原因在于起步较晚、基础研发实力偏弱,同时与国内整个产业链生态环境也有关系。国内配套原材料和设备有待改进,国内采购的原材料需要经过加工提纯后才能使用。而日本购买的原材料纯度很高,国内市场较难采购得到。

水性胶粘剂在正负极材料中的拓展应用是锂离子电池实现优质价廉和绿色无污染生产的必然趋势。随着锂离子电池在我国的大规模生产,作为重要的辅助材料之一,锂离子电池用水性胶粘剂的大量原材料会开始逐步本土化,将使国内企业具有满足下游电池企业定制需求的天然优势。目前的研究已经充分显示其在减小电极和电解液间的界面阻抗及电池内阻,改善和提高电化学性能方面具有良好的作用,未来针对不同结构及性能的水性高分子胶粘剂材料的选用、改性及性能提升,作用机理研究和胶粘剂应用工艺方法等方面都有待系统深化研究 ,锂离子电池用水性胶粘剂的市场前景非常光明。

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