正極漿料由活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑及溶劑組成。粘結(jié)劑是正極漿料中重要的組分,粘結(jié)劑將各種顆粒粘接在一起,形成了具有粘附性的漿料,將其與金屬箔緊密粘接在一起。
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。
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。
目前正極材料中常用的粘結(jié)劑主要為PVDF,該類粘結(jié)劑需要加入NMP溶劑配合使用。而當(dāng)正極材料選擇高鎳體系時,隨著容量增大,材料中的殘堿含量也變得越來越高,PVDF在強堿環(huán)境下,將產(chǎn)生分解反應(yīng),造成氟化氫脫離,使?jié){料凝膠;同時,高鎳正極表面會發(fā)生部分副反應(yīng),將造成二次粒子崩潰,導(dǎo)致電池中導(dǎo)電性下降。
在此情況之下,業(yè)內(nèi)正在研發(fā)新型粘結(jié)劑以替代傳統(tǒng)產(chǎn)品,進一步實現(xiàn)鋰電池性能提升。
而作為影響鋰電池性能的關(guān)鍵輔材,導(dǎo)電劑的創(chuàng)新與發(fā)展備受行業(yè)關(guān)注。
目前,鋰電池領(lǐng)域常用的導(dǎo)電劑材料包括炭黑類、導(dǎo)電石墨類、VGCF(氣相生長碳纖維)、碳納米管以及石墨烯等。
從應(yīng)用趨勢來看,行業(yè)正在不斷探尋結(jié)合炭黑、碳納米管和石墨烯的復(fù)合導(dǎo)電劑配方方案,鋰電池添加劑將以復(fù)合導(dǎo)電劑材料為主。而具體到單類導(dǎo)電劑材料中,企業(yè)也在不斷尋求突破。
在2020先進電池材料集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上,清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授賀艷兵在“鋰電池粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑與固態(tài)電池研究”主題演講中指出,介紹了清華大學(xué)與日本大金企業(yè)在新型粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑方面的研發(fā)進展。
賀艷兵指出,在高鎳材料體系下,普通的鋰電池粘結(jié)劑已經(jīng)無法滿足提升電池性能和安全性的需求。
對此,賀艷兵介紹了清華大學(xué)與日本大金公司合作研發(fā)的一款新型粘結(jié)劑VW770,其性能與傳統(tǒng)的PVDF5130型號相比,NCM811體系+VW770在循環(huán)性、極片柔韌性、漿料穩(wěn)定性倍率性、高低溫存儲及放電測試性能等方面都擁有較好的表現(xiàn)。
在導(dǎo)電劑方面,清華大學(xué)與日本大金公司合作研發(fā)了一種單壁CNT導(dǎo)電劑,在NMC622/LCO材料上進行測試表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
以扣式電池-NMC622體系為例,多壁添加1%的效果與添加單壁0.04%的膜片電阻相近;添加0.08%單壁CNT+0.4%SP的漿料最穩(wěn)定。從循環(huán)結(jié)果得出,0.08%單壁CNT+0.4%SP與1%多壁CNT循環(huán)性能最佳。
而在扣式電池-LCO體系方面,單壁CNT的LCO電池倍率性能優(yōu)于SP和多壁CNT,高電壓LCO組別采用0.06%單壁CNT+0.4%SP復(fù)合導(dǎo)電劑具有較好的性能。
賀艷兵表示,單壁CNT導(dǎo)電漿料相比對比組多壁CNT和SP導(dǎo)電劑漿料在極片電阻和粘接性方面都有優(yōu)勢。




