鋰離子電池粘結(jié)劑一般都是高分子化合物,電池中常用的粘結(jié)劑有;
(1)PVA(聚乙烯醇)PVA的分子式為卡CH2CHOH手JJ,聚合度”一般為700—2000,PVA是一種親水性高聚物白色粉末,密度為1,24—1.34g•cm-3。PVA可與其他水溶性高聚物混溶,如與淀粉、CMC、海藻鈉等都有較好的混溶性。
(2)聚四氟乙烯(PTFE)PTFE俗稱“塑料王”,是一種白色粉末,密度為2.1—2.3g•CITI+,熱分解溫度為415℃。PTFE電絕緣性能好,耐酸,耐堿,耐氧化。PTFE的分子式為卡CF2一CF2頭。,是由四氟乙烯聚合而成的。nCF2=CF、2一卡CF2=CF2于。常用60%的PTFE乳液作電極粘結(jié)劑。
(3)羧甲基纖維素鈉(CMC)CMC為白色粉末,易溶于水,并形成透明的溶液,具有良好的分散能力和結(jié)合力,并有吸水和保持水分的能力。
(4)聚烯烴類(PP,PE以及其他的共聚物);
(5)(PVdF/NMP)或其他的溶劑體系;
(6)粘接性能良好的改性SBR橡膠;
(7)氟化橡膠;
(8)聚胺酯。
鋰電池用粘接劑;鋰離子電池中,由于使用電導(dǎo)率低的有機(jī)電解液,因而要求電極的面積大,而且電池裝配采用卷式結(jié)構(gòu),電池的性能的提高不僅對(duì)電極材料提出了新的要求,而且對(duì)電極制造過程中使用的粘接劑也提出了新的要求。
1、粘接劑的作用及性能;
(1)保證活性物質(zhì)制漿時(shí)的均勻性和安全性;
(2)對(duì)活性物質(zhì)顆粒間起到粘接作用;
(3)將活性物質(zhì)粘接在集流體上;
(4)保持活性物質(zhì)間以及和集流體間的粘接作用;
(5)有利于在碳材料(石墨)表面上形成SEI膜。
2、對(duì)粘接劑的性能要求;
(1)在干燥和除水過程中加熱到130—180~C情況下能保持熱穩(wěn)定性;
(2)能被有機(jī)電解液所潤(rùn)濕;
(3)具有良好的加工性能;
(4)不易燃燒;
(5)對(duì)電解液中的I.iClQ,I.iPP、6等以及副產(chǎn)物I.iOH,㈠2C03等穩(wěn)定;
(6)具有比較高的電子離子導(dǎo)電性;
(7)用量少,價(jià)格低廉;
以往的鎳鎘、鎳氫電池,使用的電解液是水溶液體系,粘接劑可以使用PVA,CMC等水溶性高分子材料,或PTFE的水分散乳液。鋰離子蓄電池電解液是極性大(因此溶解能力和溶脹能力高)的碳酸酯類有機(jī)溶劑體系,粘接劑必須能耐碳酸酯(至少是不溶解),而且必須滿足上述的幾點(diǎn)要求,特別是必須滿足在電化學(xué)環(huán)境中的穩(wěn)定性,在負(fù)極中處于鋰的負(fù)電位下不被還原,在正極中發(fā)生過充電等有氧產(chǎn)生的情況下不發(fā)生氧化。
鋰離子電池中的特點(diǎn)是伴隨充放電過程,鋰在活性物質(zhì)中的嵌入—脫出引起活性物質(zhì)的膨脹—收縮(如石墨的層間距變化達(dá)到10%一11%),要求粘接劑對(duì)此能夠起到緩沖作用。鋰離子電池的電極在干燥過程中加熱溫度最高可以達(dá)到200℃,粘接劑必須能夠耐受這樣高的溫度。
由此可見,粘接劑性能好壞對(duì)電池性能的影響很大,鋰離子電池電極制備是采用涂布工藝,一般采用刮刀或輥涂布的方式,通過刀口間隙調(diào)節(jié)活性物質(zhì)層的厚度。鋰離子電池活性物質(zhì)層的厚度很小,因此涂布刀口的間隙也很小,這樣就要求在漿料中不能有大的團(tuán)聚顆粒存在。制作電極需要經(jīng)過輥壓、分切、卷繞等一系列過程才能進(jìn)入到電池殼體中,在這些過程中要求沒有活性物質(zhì)粉末脫落或片的脫落。
鋰離子電池正負(fù)極材料的密度有很大的差別,一般正極材料的密度在4g•cm-。左右,負(fù)極材料的密度在2g•cm—。以下,不同粘接劑必須根據(jù)各種活性物質(zhì)的密度、松裝密度進(jìn)行粘度調(diào)整(稀釋或增稠),以保證活性物質(zhì)在漿料中能穩(wěn)定懸浮。鋰離子電極活性物質(zhì)的密度及其浸液的視密度,各種粘結(jié)劑溶液的粘度,粘結(jié)劑的不燃性反應(yīng)出粘結(jié)劑的安全性能,一般不燃性用氧化指數(shù)表示。如以下粘結(jié)劑的氧化指數(shù)為:PTFE>95%,PVdF44%一58%,聚酰胺24%一29%,聚乙烯2.8%一5.7%。S燃性這一性能看,氟化樹脂最好。