中國儲能網(wǎng)訊：鋰離子電池由于其高能量密度，已經(jīng)在新能源中扮演著越來越重要的角色，鋰離子電池的能量密度超過150Wh/Kg, 幾乎是已知的二次電池中能量密度最高的。為了進一步提高鋰離子電池的性能，研究者試著尋找新的電極材料、電解質(zhì)以及添加劑等，其中一個很重要的方面就是尋找所用電極最合適的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑是鋰電池正負極材料中非常重要的組成部分，它可以將電極材料中的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑以及集流體緊密地粘結(jié)起來，增強活性材料與導(dǎo)電劑以及活性物質(zhì)與集流體之間的電子接觸，更好地穩(wěn)定極片結(jié)構(gòu)。
目前應(yīng)用于鋰離子電池的膠粘劑主要是有機氟聚合物，以及丁苯橡膠（SBR）和羧甲基纖維素（CMC）等，但是其電化學(xué)穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電性，還是無法滿足在充放電過程中體積變化較大的負極活性物質(zhì)如納米硅材料對粘結(jié)劑的要求。國內(nèi)外目前在其他粘接劑體系如改性纖維素材料、甲殼素衍生物和藻酸鹽類有了進展，但是傳統(tǒng)的電極粘結(jié)劑鋰離子傳導(dǎo)率低且導(dǎo)電性差，在大倍率充放電時，易引起電池極化。在現(xiàn)有的動力鋰離子電池體系中，由于使用沒有高離子導(dǎo)電性能的粘結(jié)劑，在大倍率充放電時性能受到限制。尋求新型的高性能新型粘結(jié)劑對進一步提升鋰電池性能的意義很大。
近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員薛立新領(lǐng)導(dǎo)的高分子功能膜團隊在鋰離子電池粘結(jié)劑方面取得一系列的進展，合成了具有含氟磺酰亞胺主鏈以及具有全氟磺酸側(cè)鏈的離子聚合物，以其作為鋰電池粘結(jié)劑的極片具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，與使用PVDF粘結(jié)劑的極片相比，體現(xiàn)出更小的峰電位差，表明含有導(dǎo)電粘結(jié)劑的極片內(nèi)部脫鋰/嵌鋰氧化還原反應(yīng)可逆性更好，極化更小。將含有離子粘結(jié)劑的磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極極片與鋰片裝配成電池評價其電池循環(huán)性能，發(fā)現(xiàn)其充放電穩(wěn)定。且當(dāng)充放電倍率增加到4C，含有PVDF粘結(jié)劑的LiFePO4極片的放電容量僅有74mAh/g，且呈現(xiàn)大幅下降趨勢。而含有導(dǎo)電粘結(jié)劑的極片在4C或5C可以維持放電容量在100mAh/g。表明導(dǎo)電粘結(jié)劑有利于提高大電流充放電下的放電容量和穩(wěn)定性，比普通非離子型粘結(jié)劑更加適用于動力鋰電池。該部分工作發(fā)表在J. Mater. Chem. A, 2013,1,15016以及J. Power Sources, 2014,256,28上。目前，該團隊正在開展該類粘接劑的中試放大生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
含有不同粘結(jié)劑的正極片循環(huán)伏安曲線
不同粘結(jié)劑制備的正極半電池倍率循環(huán)性能
