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動力鋰電池材料/黏結劑的分類

時間:2019-05-24 23:10來源:海獵人
根據黏結劑和活性物質相互作用的不同,黏結劑可分為點-面接觸型黏結劑、片-面接觸型黏結劑和網絡-面接觸型黏結劑三類,如圖4.13所示[2G]。點-面接觸型黏結劑與活性物質以點結合的方式連接,包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙稀丁二烯共聚物(丁苯橡膠,SBR)和聚丙烯酸酯類共聚物等乳膠狀黏結劑。片-面接觸型黏結劑包括大多數聚合物溶液黏結劑,如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)和羧甲基纖維素鈉(CMC)等。網絡-面接觸型黏結劑在熱處理或化學反應后會形成三維網絡狀結構,黏結力強。
 
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根據黏結劑的分散體系不同,黏結劑可分為油性(有機溶劑)黏結劑和水性黏結劑[14,33]。油性黏結劑(大多采用PVDF)通常以有機溶劑;N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為分散劑。NMP是一種無色透明油狀液體,微有胺的氣味,熱穩定性、化學穩定性均良好,具有分散性好的特點,但NMP毒性大,易燃易爆,嚴重污染環境,成本高,回收費用大。水性黏結劑通常采用去離子水作為分散劑,具有成本低、易獲取、無溶劑釋放、環境友好等優點,水性黏結劑將成為鋰離子電池關鍵材料的一個重要發展方向[34]。產業化鋰離子電池中廣泛使用的水系黏結劑有羧甲基纖維素鈉(CMC)/丁苯橡膠(SBR)、聚丙烯酸酯類(LA系列)黏結劑等。根據黏結劑的來源不同,黏結劑可分為合成類黏結劑和天然黏結劑。合成類黏結劑是以合成方法制得的聚合物作為電極的黏結劑;天然黏結劑在自然界中廣泛存在,通常以去離子水作為分散劑,環保廉價且使用安全。另外,還有一類新型黏結劑,稱為導電聚合物黏結劑,它既是一種有機導體,又具有黏結劑的其他優勢,如較大的表面積、高孔隙率以及結構可調控性,是一種擁有廣闊應用前景的新型材料。電極通常由活性物質、導電炭黑和黏結劑組成,如在活性物質發生體積膨脹或收縮時,本身沒有黏附性的導電炭黑易與活性物質產生分離,容易導致電極失去完整性和電子連接性[35]。導電聚合物黏結劑是兼具導電與黏結兩種作用的聚合物,它的使用可以在保持電極結構穩定的同時提高導電性能[36]。具體來講,導電聚合物黏結劑的使用可以消除活性物質和導電添加劑(如炭黑、碳納米或石墨烯)之間脆弱的界面,抑制或完全避免活性物質和導電添加劑之間的物理分離造成的容量損失。此外,導電聚合物黏結劑代替傳統黏結劑和導電添加劑的使用意味著電池中的非活性成分最小化,減小影響因素[371。導電聚合物可以通過控制其交聯度來提高機械性能,適用于各種電極材料,該材料制備簡單、價格低廉,有望成為下一代鋰離子電池非常有潛力的黏結劑。
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