锂电粘结剂性能对比

• 在电极中，粘结剂是用来将电极活性物质粘附在集流体上的高分子化合物。它的主要作用是粘结和保持活性

物质，增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，更好地稳定极片的结构，对于在充放电过程中体积会膨胀／收缩的锂离子电池正负极来说，要求粘结剂对此能够起到一定的缓冲作用。选择一种合适的锂离子电池粘结剂，要求其欧姆电阻要小，在电解液中性能稳定，不膨胀、不松散、不脱粉。一般而言，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，直接影响着电池的性能。加人最佳量的粘结剂，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，这对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有促进作用。因此选择一种合适的粘结剂非常重要。

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• 粘度的测试对比

放电容量测试

从图上可以看出使用PVDF 粘结剂的极片，容量衰减很快，达到最大容量后，立即开始衰减，说明随着循环次数的增加，电极材料逐渐与集流体脱落。而采用水性粘合剂的极片，循环性能明显好于PVDF ，35次循环以后，容量还能保持稳定。

循环性能，化成厚度的测试对比

W1到W3是SBR 系电池，P1到P3是PVDF 系电池

• 90度直角板弯折至开始脱落 • PVDF • 明胶 • SBR • 次数 • 13 • 17 • 19

从表一中可以看出，两种电池的容量保持率在前50周几乎没有差别，均在97％左右；在100周时，SBR系电池的容量保持率为94％左右，略低于PVDF系电池的95％：当循环达到300周时，SBR系电池的容量保持率只有85％左右，而PVDF系电池的容量保持率达到91％，相差6个百分点。两种电池的循环容量保持能力都很优秀，但后者更为突出。

电压平台是指锂离子蓄电池以1 C 5A 恒流放电，从满电压(一般为4．2 V)状态放电到电压为3．6 V时的时间或容量。表一中的数据采用3．6 V平台率一即1 C 5A恒流放电至3．6 V时的时间或容量占C 5A恒流放电至3．0 V时的总时间或总容量的百分数。它反应了电池在3．6 V以上所能释放的能量，同时也在一定程度上反映了电池的大电流放电特性。相同容量的电池，电压平台越高，则电池的有效使用时间更长。从表一中可以看出，在第1周循环中SBR系电池的3．6 V平台率为88％，比PVDF系电池的89％低1个百分点；到第300周时，PVDF系电池的3．6 V平台率仍达到85％，而SBR系电池只有76％，相差9个百分点。

电池的膨胀是由电极活性材料的结构特点所决定的，但是其大小则主要与电极活性材料的性质、粘结剂的性质以及电极制作工艺等因素有关。我们选用相同的电极活性材料和电极制作工艺，主要考察粘结剂的影响。从图1可以看出，SBR系电池的膨胀厚度较小，且分布较窄，在0.2～0.3 mm之间；而PVDF系电池的膨胀厚度较大，且分布较宽，在0.3～0.7mm之间。

内阻的测试

电池的内阻与电池的荷电状态有关。一般地，锂离子蓄电池的充电态内阻比放电态内阻小。从图2中可以看出，SBR系电池和PVDF系电池的充电态内阻相当，均分布在34～36 mΩ之间；两种电池的放电态内阻也都在37 mΩ左右。由此可知，SBR粘结剂和PVDF粘结剂对电池内阻的影响没有显著差别。

过充电性能的测试

电池编号电池性状描述

W4 电池壳体最高温度114℃，电池鼓肚，未开裂、未起火、未爆

炸。

W5 电池壳体最高温度82℃，电池鼓肚，未开裂、未起火、未爆炸

W6 电池壳体是高温度108 ℃，电池鼓肚．未开裂、未起火、未爆

炸。

P4 电池壳温度升至100 ℃时断路，126 ℃时爆炸。

P5 电池在Il7 ℃时爆炸，最高温度为134 ℃。

P6 电池在9O ℃时爆炸，最高温度为149 ℃。

注：W4~W6为SBR系电池．P4~P6 为PVDF系电池

•从表二、图三中可以看出，相同标称容量的两种电池以3 C 5A 倍率恒流过充电时，SBR系电池发生鼓肚，但没有爆炸、起火、破裂等现象发生，电池壳体的最高温度较低，在80～120℃之间。电池充电到9．5 V后，能以该电压恒压充电，同时壳体温度从最高开始下降而PVDF系电池均发生了爆炸、冒烟、起火等现象，电池充电到9．5 v后，电压不能保持，继而发生短路，电池发生爆炸。由此可知，相同标称容量的两种电池中，SBR 系电池的安全性能比PVDF系好。