锂离子电池水性粘合剂研究进展.pdfVIP

中国’长沙 2005年5月 中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会 锂离子电池水性粘合剂的研究进展1 彭庆文，唐致远+，卢星河 (天津大学化工学院，天津300072) 当前在锂离子电池中主要使用有机溶剂型粘合剂聚偏氟乙烯(PVDF)。溶剂为N、N一二甲 基甲酰胺(DMF)、N一甲基吡咯环酮(NMP)等，溶剂的使用比例约等比于所用活性物质的量， 不仅生产成本高、回收费用大、严重污染环境、生产现场毒性大，而且在涂布干燥过程中还 需防暴处理。另～方面由于PVDF中含有氟，容易与嵌锂石墨等发生反应，导致锂离子电池 性能下降，且因PVDF本身对离子及电子的绝缘特性也影响电池性能的发挥。 与溶剂型粘合剂相比，水基型粘合剂具有无溶剂释放，符合环境要求，成本低，不燃， 使用安全等特点，成为粘合剂行业的重要发展方向。目前常用的水基型粘合剂有酚醛树脂型、 氨基树脂型、聚丙烯酸脂型、橡胶型乳液胶、乙烯．乙酸乙脂型等。能否将水基粘合剂引入 到锂离子电池的极片涂布工艺中亦成为近年化学电源界关注的热点，但该类粘合剂一般都含 有亲水基团，如何消除此类亲水基团及所用溶剂水对电池性能的影响，是其成功应用与商品 化锂离子电池的关键。 中科院有机化学研究所、马鞍山热能研究所和中南农工大学化学研究所研发成功的 LAl32水性粘合剂(有效成分为聚丙烯酸酯类三元共聚物胶乳)是针对溶剂型粘合剂在电极 片制造过程中有机溶剂污染环境，而研发出一种以水为介质的环保型锂离子电池正负极粘合 剂。LAl32水性粘合剂对正极和负极材料与集电极(A1，Cu)具有良好的粘合性能，粘合剂用 量少、费用低，只有溶剂型粘合剂的1／3～1／2，电极极片柔软，卷绕成型时不掉粉。使用该 粘合剂的锂离子电池具有充放电容量高和电池极化小等优良特点。詹晋华等用LAl32水性 粘合剂制作电池并进行了研究，证明了LAl32水性粘合剂完全可以替代聚偏氟乙烯(PVDF) 用作锂离子电池正负极粘合剂。用它做成的1／2AA锂离子电池，各项性能指标都能达到或 超过用PVDF作粘合剂的锂离子电池。 张晓正等发明的锂离子电池电极材料水性粘合剂，是由两种或两种以上不同极性的单体 在水介质中共聚，形成无皂分散、分子链同时具有高极性亲水结构单元和低极性亲油结构单 元的共聚物水乳液；相应的共聚单体按极性分为亲水性单体和亲油性单体两类，聚合反应需 同时使用两类单体，亲水单体和亲油单体的重量比为5～90：95～10，每类单体可分为一种 单体或两种至多种同类单体的混合物。粘合剂外观特征为乳液状，固含量5～40％粘度为 200～20000厘泊(40℃)。对锂离子电池电极材料和集电体具有良好粘接力，用其制作电极片 不污染环境，正、负极片首充效率分别达到97～99．5％和88--一93％，制作的锂离子电池500 次充放电循环后，电池容量保持在80％以上。 郑维忠等用通式为CH2=CRiR2的亲水陛单体和亲油性单体为起始聚合单体制备了可应 用于锂离子电池极片涂布的聚丙烯酸脂型水基粘合剂。该水性粘合剂，可以提高锂离子电池 的电极材料利用率和电池的使用循环寿命。 l国家自然科学基金资助项目 +通讯联系人。E—mail；zytan90tju．edu．en 中国·长沙 2005年5月 中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会 125 JemejDrofenik等对纤维素(CMC)作为水性粘合剂进行了研究，发现2wt％左右的CMC 作为锂离子电池石墨类负极粘合剂时，表现出足够好的电化学性能。可逆容量达360删址．g’1 类，5次循环后的总不可逆容量为18％，其性能至少与PVDF相当。 周恒辉等在其专利中所采用的水基粘合剂粘结性能好、成本低、与环境友好，能同时适 合于锂离子电池正负极体系的涂布。其水基粘合剂是将增稠剂(选自CMC、EMC、HPMC 锂盐或钠盐)制成0．5～5．5％的水溶液，加入1．0～6．5％的增粘剂(选自丁苯乳液、苯丙乳液) 和0～4．O％的添加剂(乙烯基三硅烷、1，．氨丙基三乙氧基硅烷、N．二甲基氨基三甲氧基硅烷等 水性硅烷偶联剂)混合均匀制成的。其称此水性粘合剂制备的锂离子电池具有良好的循环性 能和优良的低温性能，在放电曲线中有较高的电压平台，其平台能在后续的循环过程中基本 保持稳定。可广泛应用与锂离子电池的制造领域。 比亚迪股份有限公司，张建昌等选用PTFE与SBR