伴隨著我國對新能源開發(fā)力度的不斷增大，作為能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和替代石油化工產(chǎn)業(yè)鏈上的重要能源存儲和輸出緩沖環(huán)節(jié)之一：鋰電池，因為其高比能、長循環(huán)壽命、清潔無污染等特點，得到越來越廣泛得應(yīng)用。從手機、電腦等3C產(chǎn)品的需求猛漲一直到電動汽車“彎道超車”式的異軍突擊，2017年我國鋰電池產(chǎn)量突破100億只，增速達到27.81%。鋰電池粘結(jié)劑的使用量也日益加大，目前國內(nèi)鋰電池專用粘結(jié)劑的品種少并且性能較差，高端鋰電池專用粘結(jié)劑幾乎全部依賴進口，所以加大研發(fā)力度，進行進口替代技術(shù)與生產(chǎn)工藝的攻關(guān)有著非常重要的意義。本文將對鋰電池專用粘結(jié)劑研發(fā)現(xiàn)狀做梳理和總結(jié)。

　　鋰電池專用粘結(jié)劑的主要作用有兩個：粘結(jié)和導(dǎo)電。鋰電池在充放電的過程中不可避免的會產(chǎn)生體積收縮或膨脹，一方面，粘結(jié)作用穩(wěn)定了電極活性材料與導(dǎo)電劑的空間接觸。另一方面，其導(dǎo)電率極大地影響了電極的活性，進而對電池充放電效率、內(nèi)阻降低等綜合性能起到了非決定性的拉動效應(yīng)。

　　通常狀況下，對鋰電池專用粘結(jié)劑的要求，體現(xiàn)在粘結(jié)力、柔韌性、耐堿性、親水性、電導(dǎo)率等性能的合適與穩(wěn)定。它們主要分為兩大類，一類是油溶性粘結(jié)劑，一類是水基粘結(jié)劑，分別采用有機溶劑或者水作為分散劑。

　　工業(yè)化量產(chǎn)以PVDF油溶性粘結(jié)劑為主，PVDF改性研究是熱點

　　目前，聚偏氟乙烯(PVDF)油溶性粘結(jié)劑的工業(yè)化應(yīng)用最為廣泛，并且近年來，聚偏氟乙烯(PVDF)樹脂在鋰電池粘結(jié)劑的應(yīng)用需求成為了聚偏氟乙烯(PVDF)市場消費量快速增長的原因。

　　因為PVDF屬于熱塑性樹脂，需要溶劑溶解才能制成油溶性粘結(jié)劑。在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中，常用強極性有機化合物，如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N，N-二甲基酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)等作PVDF的溶劑，用丙酮作稀釋劑。我國鋰電池專用PVDF粘結(jié)劑市場目前主要被比利時索爾維(solvay)、日本吳羽(Kureha)、法國阿科瑪(Arkema)所壟斷，如表1所示。

表1 國內(nèi)鋰電池專用PVDF粘結(jié)劑市場主要生產(chǎn)企業(yè)

(來源：網(wǎng)絡(luò)資料整理)

　　PVDF均聚物粘結(jié)劑對鋰電池性能的影響因素包括PVDF分子量和添加量、油溶性粘合劑的黏度、溶劑的種類以及偶聯(lián)劑的添加量。

　　其中，影響使用性能的重要因素是PVDF的分子量。如果分子質(zhì)量過小，粘合劑的需求量則較多，粘接性能也不好；如果分子質(zhì)量太大，則在分散溶劑中的溶解性能不好，制成漿料的黏度過高，易形成凝膠，也不利于混料與涂布。所以在保證正常溶解，且操作不違規(guī)的情況下，應(yīng)盡可能地采用高分子量的PVDF。鋰離子電池用的PVDF的數(shù)均相對分子質(zhì)量最好在10萬以上，這樣可以有效地減少膠粘劑的用量，提高極片耐電解液侵蝕的能力，從而提高電池的性能。

　　目前油溶性粘結(jié)劑工業(yè)化應(yīng)用的研究熱點是對PVDF的改性，主要改性的方法有共聚法和共混法。共聚法是采用少量第二和第三單體與偏氟乙烯(VDF)共聚來改善PVDF的性能，如用三氟氯乙烯或六氟丙烯等單體與偏氟乙烯共聚。共混法是采用二種或二種以上聚合物的混合物作為鋰離子電池的粘合劑，用柔軟性和粘彈性好的聚合物與PVDF混合使用以彌補其不足。不管采用什么方法和手段，主要是為了降低結(jié)晶度，提高粘結(jié)性和適當(dāng)?shù)姆肿淤|(zhì)量，解決對電解液的溶脹性的問題。

　　對環(huán)境友好，水基粘結(jié)劑成為行業(yè)研究和發(fā)展的方向

　　水基粘結(jié)劑具有無溶劑釋放、對環(huán)境友好、成本低、不燃、優(yōu)異的耐候性、成膜性、使用安全等優(yōu)點，成為粘合劑行業(yè)的重要發(fā)展方向。目前常用的水基型粘合劑有聚四氟乙烯乳液型、丁苯乳液型和水性聚丙烯酸脂型等。能否將水基粘合劑引入到鋰離子電池的極片涂布工藝中亦成為近年化學(xué)電源界關(guān)注的熱點。負極材料在2000年前后就開始使用了水基型粘合劑，至今工藝技術(shù)已經(jīng)成熟。而正極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，比較昂貴，大部分廠家較少嘗試用正極材料水性體系，從而阻礙了正極材料水性體系的工業(yè)化發(fā)展。目前鋰電池水基粘結(jié)劑主要生產(chǎn)企業(yè)見表2。

表2 鋰電池水基粘結(jié)劑主要生產(chǎn)企業(yè)

(來源：網(wǎng)絡(luò)資料整理)

　　用于鋰電池的聚四氟乙烯(PTFE)乳液主要利用其良好的粘結(jié)性、高度的化學(xué)穩(wěn)定性以及熱穩(wěn)定性等特性，其固含量在60%左右，它的黏度可由加入非離子型表面活性劑及蒸餾水調(diào)節(jié)。

　　丁苯(SBR)乳液粘結(jié)劑的固含量一般為49%~51%，極易溶于水和極性溶劑中，具有良好的機械穩(wěn)定性及可操作性，并具有很高的粘結(jié)強度，用在電池業(yè)作為粘結(jié)劑，粘結(jié)效果良好，質(zhì)量穩(wěn)定。

　　聚丙烯酸酯(PAA)乳液具有許多極性官能團的大分子，具有很大的柔軟性，成膜后具有較好的耐水性、耐候性、耐化學(xué)性。

　　結(jié)語

　　目前，聚偏氟乙烯(PVDF)油溶性粘結(jié)劑的工業(yè)化應(yīng)用最為廣泛，且技術(shù)相對成熟，對PVDF的改性是研發(fā)熱點，但是其涂布生產(chǎn)過程會產(chǎn)生高溫有機廢氣，污染環(huán)境損害工人健康，同時有機溶劑和粘結(jié)劑PVDF價格都比較高，涂布工藝要求嚴(yán)格密封，使得能耗大，回收費用大，生產(chǎn)成本高。而水基粘結(jié)劑性能特點和工藝流程克服了這些劣勢，會成為行業(yè)未來的發(fā)展方向，應(yīng)該加大對水基粘結(jié)劑的研發(fā)力度。