鋰電池漿料是一個復(fù)雜的多相混合非牛頓型流體。正極漿料由活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及溶劑組成。目前市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品，導(dǎo)電劑主要有炭黑、碳納米管、導(dǎo)電石墨等，粘結(jié)劑分為水系和油系粘結(jié)劑，對應(yīng)的溶劑有水系的去離子水和油系的NMP溶劑。

負(fù)極漿料由活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、增稠劑及溶劑去離子水等多相物質(zhì)混合制成。負(fù)極活物質(zhì)主要是各類型的石墨、硅碳負(fù)極，導(dǎo)電劑和正極導(dǎo)電劑種類差不多（炭黑、CNT、VGCF等）。

好的粘結(jié)劑，不僅有利于電池能量密度的提高，對于電池內(nèi)阻也有明顯的降低作用，對電池的電化學(xué)性能也具有重要的影響。

從極片加工角度對粘結(jié)劑的性能要求主要有以下幾點：

1．能夠長時間維持漿料粘度保持不變。不會因為漿料放置導(dǎo)致其沉降，失效。

2．可溶解形成高濃度溶液，所需的汽化熱較低。

3．碾壓時容易成型且不會反彈。

粘結(jié)劑不僅關(guān)乎鋰電池的制造工藝，而且對鋰電池的電化學(xué)性能有著重要的影響，從電池性能角度來講需要粘結(jié)劑具有這樣的特點：

1．能夠很好的保持活物質(zhì)的狀態(tài)。

2．與金屬箔具有良好的粘結(jié)性，不會因為電解液和充放電使用而剝離金屬箔。

3．在較寬的電壓范圍內(nèi)有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。

一、PVDF的性能

聚偏氟乙烯（PVDF）是一種具有高介電常數(shù)的聚合物材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度特性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和加工性，對提高粘結(jié)性能有積極的作用，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中，作為正負(fù)極粘結(jié)劑。

圖1．PVDF的分子排列結(jié)構(gòu)

市場上PVDF有粉體和膠液兩種類型產(chǎn)品，為了降低成本，大多數(shù)廠家選擇購買PVDF粉體打膠后投入使用，或者直接投入制漿工藝。影響PVDF粘結(jié)性的影響因素主要有分子量大小、結(jié)晶度、PVDF改性、正極材料及導(dǎo)電劑種類等。PVDF用作鋰電池粘結(jié)劑具有良好的性能，影響其使用的主要是PVDF粉末在NMP溶劑中的溶解程度和水分影響。

PVDF高分子材料在溶劑中的溶解主要受結(jié)晶度、粉末粒徑、分子量大小、極性以及溶解溫度的影響。結(jié)晶度越高，溶劑就很難滲透進(jìn)溶質(zhì)分子，溶解緩慢；粒徑越大，PVDF溶解越慢；分子量越大，PVDF的溶解度越小，相同濃度的膠液粘度就越高。NMP內(nèi)部游離氨的存在、吸水后漿料pH值升高，堿性基團(tuán)會攻擊相鄰的C－F、C－H鍵，PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應(yīng)，會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵：

圖2．雙分子消去反應(yīng)

共軛雙鍵數(shù)量升高會導(dǎo)致漿料粘度升高，嚴(yán)重時會產(chǎn)生凝膠像果凍一樣，無法進(jìn)行正常涂布。

二、CMC和SBR的性能

最初，負(fù)極攪拌使用的粘結(jié)劑也是PVDF等油系粘結(jié)劑，但是因為考慮到電池內(nèi)極化嚴(yán)重，且水系更環(huán)保且能代替其粘結(jié)作用，故發(fā)展到現(xiàn)在負(fù)極選用水系粘結(jié)劑已經(jīng)成為其主流方向。

羥甲基纖維素鈉（CMC）是一種鈉鹽。CMC是一種離子型線性高分子物質(zhì)，純品為白色或微黃色的纖維狀粉末，無毒、無味，易溶于冷熱水和極性溶劑中成為透明粘稠性溶液，在制作電極漿料的時候加入CMC，能提高漿料粘度和防止?jié){料沉淀。CMC膠液與金屬箔有良好的粘結(jié)性，且具有導(dǎo)電性能。CMC膠液粘度會隨著溫度的升高而降低，容易吸潮，彈性較差。丁苯橡膠（SBR）是一種水性粘結(jié)劑，一種高分子材料具有良好的耐水和耐老化性能。

圖3．CMC分子結(jié)構(gòu)

CMC對于負(fù)極石墨的分散能夠起到很好的作用。CMC在水溶液中會分解出鈉離子和陰離子，隨著CMC量增加，其分解產(chǎn)物將附著在石墨顆粒表面，石墨顆粒之間由于靜電作用力而相互排斥，達(dá)到很好分散效果。但是CMC也有比較致命的缺點，CMC是呈脆性的，如果全部選用CMC作為粘結(jié)劑，極片在壓片、分切過程中石墨負(fù)極出現(xiàn)坍塌會出現(xiàn)嚴(yán)重的掉粉情況。同時，CMC受電極材料配比、pH值的影響較大，充放電時極片可能會龜裂，直接影響電池的安全性。

三、聚丙烯酸（PAA）及其鹽類粘結(jié)劑

聚丙烯酸是一種水溶性鏈狀聚合物，可以與許多金屬離子形成聚丙烯酸鹽，如聚丙烯酸及其鹽的分子鏈中同樣具有許多含氧基團(tuán)（－COOH），能夠與硅碳活性材料表面形成氫鍵作用，賦予活性顆粒與集流體之間較強(qiáng)的結(jié)合力，同時還具有緩解硅基材料體積膨脹的作用，還能夠改善電池的循環(huán)性能，提高電池的壽命聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸鈉易溶于水，具有增稠的作用，可用于鋰離子電池料漿的增稠劑。

圖4．PAA分子結(jié)構(gòu)單元

四、聚四氟乙烯（PTFE）類

PTFE單體的分子式是（—CF2—CF2），PTFE具有良好的粘結(jié)性，能夠在電極基體中形成一種彈性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，活性物質(zhì)不但彼此接觸良好，有利于電子的傳導(dǎo)，還可以對抗由于電極充放電造成的膨脹和收縮，能夠改善鋰電池的放電性能和儲存壽命。PTFE在生產(chǎn)工藝是比PVDF簡單，儲存方法上要求也比較低，成本上比PVDF要低，且對環(huán)境友好。

圖5．PTFE分子結(jié)構(gòu)

在部分研究中發(fā)現(xiàn)，PTFE會增加電極的電阻，降低電極可逆性，從而降低電極的電位和放電容量。所以PTFE的用量要根據(jù)電極體系來決定。

五、聚乙烯醇（PVA）

聚乙烯醇（PVA）是一種白色至微黃色固體或者粉末，是一種常見的水溶性高分子化合物，其分子鏈中含有大量的羥基，可以在碳負(fù)極材料表面形成氫鍵，具有較好的粘結(jié)性。其外型可分為絮狀、顆粒狀、粉狀三種，是一種用途相當(dāng)廣泛的水溶性高分子聚合物。水溶液粘度隨聚合度增大而增大，成膜后的強(qiáng)度和耐溶劑性提高。耐光性好，不受光照影響。缺點是其水溶液在貯存時，有時會出現(xiàn)毒變。

圖6．PVA分子結(jié)構(gòu)單元