锂离子电池电极材料粘接剂：为何聚丙烯酸PAA胶被看好？

2023年06月21日10:07 来源：丙烯酸及酯

PAA及其盐是一种水溶性链状聚合物,能与金属离子、钙、镁等形成稳定的化合物，PAANa易溶于水,具有增、乳化、膨化、稳定等多种功能。PAA及其盐用作离子电池碳负极粘结剂对石墨负极的首次库伦效率和循环性能都有所改善。

有相关研究分别利用聚甲基丙烯酸（PMA）、聚乙烯醇( PVA)、PAA 及其盐制备了石墨负极片，发现粘结剂中的羚基官能团如-COOLi和-COOH中的孤对电子能与溶剂化Li发生相互作用，可以促进石墨电极表面SEI膜的形成。基于这些粘结剂的碳负极在聚碳酸酯（PC）基的电解液中比用传统的PVDF粘结剂的首次库伦效率高，碳负极使用PVDF粘结剂不能在PC溶液中形成稳定的SEI膜，PC容易入石墨层间对电极的性能造成破坏。使用含有羟基氧原子的粘结剂时，部分 PAA盐与溶剂化离子一起形成SEI膜，阻碍PC分子入石墨层间。

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PAA盐用于其他负极材料也有明显的优势，有研究发现PAA作为硅负极粘结剂具有比CMC更优异的性能。碳包覆硅纳米负极中添加(15wt)%的PAA经过100次循环没有明显的容量退减。

有研究粘结剂对S-C复合电极性能的影响，使用PAA制造的电极放电容量和库伦效率均明显高于PVDF粘结剂，而且使用PAA时电极的阻抗更低。有研究证实，SiO复合电极使用PAA比用PVDF时电化学性能更优异，这可能是因为PAA是无定形高分子，而PVDF是结晶聚合物，在无定形区域PAA与SiO的结合比PVDF好所致。

PAA及其盐对一些正极材料也有积极作用。有报道，与使用PVDF相比，使用PAA制备LiFePO，正极片时电极的比容量和循环性能都有一定程度的提高，且电极的SEI膜电阻和电荷的迁移申阻低、极化小。有研究发现使用 PAA粘结剂能够抑制LiFePO电极的破裂。使用PAA粘结剂制备了LiMn2O4正极片，电极的性能也比使用 PVDF有所提高。

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PAA与其他材料形成交联粘接剂是新发展方向。PAA-CMC交联粘结剂、 PAA-PVA交联粘结剂、 PAA-PANI交联粘结剂、 EDTA-PAA 粘结剂等在三维共价交联聚合物的探索性尝试，使复合粘结剂与硅表面形成多点相互作用 , 有效防止硅颗粒的脱离, 进一步提升电池循环稳定性，是新型粘接剂的进一步研究方向。

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