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鋰離子電極主要由具有電化學(xué)活性的電極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體等組成，其中粘結(jié)劑作為電池材料中的一種重要高分子輔材，以極少的用量發(fā)揮了重要的功效，在電池的性能、穩(wěn)定性及壽命中扮演著至關(guān)重要的角色。 

鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖

鋰電池粘結(jié)劑：粘結(jié)劑的主要作用是將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑等粘附在集流體上，形成完整的電極結(jié)構(gòu)，防止活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中發(fā)生脫落、剝離，并能夠均勻分散活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，改善電解液的潤(rùn)濕性，從而形成良好的電子和離子傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電子和鋰離子的高效傳輸、確保電池具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

粘結(jié)劑的作用

粘結(jié)劑種類(lèi)介紹

粘結(jié)劑發(fā)展歷史

根據(jù)溶劑體系不同，鋰電池粘結(jié)劑可分為油性粘結(jié)劑和水性粘結(jié)劑兩大類(lèi)。目前，廣泛應(yīng)用的油性粘結(jié)劑主要為聚偏氟乙烯（PVDF），水性粘結(jié)劑主要包括丁苯橡膠（SBR）乳液、羧甲基纖維素（CMC），和新型水性粘結(jié)劑聚丙烯酸（PAA）等。

常見(jiàn)粘結(jié)劑分類(lèi)

結(jié)合電極材料的特性，目前正極材料常用油性粘結(jié)劑，負(fù)極使用水性粘結(jié)劑。水性粘結(jié)劑性?xún)r(jià)比高且綠色環(huán)保，在負(fù)極粘結(jié)劑材料方面，CMC+SBR通常在石墨負(fù)極中組合使用，但黏附力相對(duì)有限，尤其在高比容量硅基負(fù)極中難以有效應(yīng)對(duì)體積膨脹。針對(duì)這一問(wèn)題，新型水性粘結(jié)劑PAA迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。

PAA粘結(jié)劑與傳統(tǒng)水性粘結(jié)劑對(duì)比

聚丙烯酸（Polyacrylic Acid，簡(jiǎn)稱(chēng)PAA）是一種環(huán)境友好的新型鋰電池水性粘合劑材料，具有獨(dú)特的粘結(jié)特性，可改善電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升電池的循環(huán)壽命，與硅基負(fù)極材料具有良好的兼容性，是硅基負(fù)極粘結(jié)劑的理想選擇。PAA正在逐漸替代傳統(tǒng)的負(fù)極粘結(jié)劑（CMC+SBR），特別是在高比容量鋰電池應(yīng)用（對(duì)循環(huán)壽命要求高）中，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

PAA粘結(jié)劑樣品圖

PAA粘結(jié)劑特性及優(yōu)勢(shì)

PAA粘結(jié)劑與活性材料間的作用機(jī)理圖

高剝離強(qiáng)度

PAA粘結(jié)劑是一類(lèi)以丙烯酸（CH?=CHCOOH）為單體，通過(guò)自由基聚合形成的水溶性高分子化合物，屬于線(xiàn)型粘接，其分子鏈上含有大量羧酸等基團(tuán)（-COOH、-0H），能與負(fù)極活性物質(zhì)表面形成氫鍵，對(duì)集流體有更好的粘結(jié)效果。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

PAA粘結(jié)劑可增強(qiáng)電池穩(wěn)定性，提升電池循環(huán)性能。其在電解液中溶脹小、熱穩(wěn)定性好、電化學(xué)性能穩(wěn)定，且具有高分子量線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，聚合物間作用力大，對(duì)顆粒的錨固程度更高，極片的內(nèi)聚力更強(qiáng)，有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抑制極片反彈。

安全環(huán)保

PAA的體積熱膨脹系數(shù)較小，熱擴(kuò)散系數(shù)大，其電池在大功率充放電及高溫下使用時(shí)，較傳統(tǒng)粘結(jié)劑鋰電池更安全，可降低因體積膨脹引起的電池結(jié)構(gòu)破壞，可以避免因溫度集中而引發(fā)的火災(zāi)；PAA使用水作為溶劑，不易燃、成本低，相較于傳統(tǒng)粘結(jié)劑 PVDF（需要有毒溶劑NMP）無(wú)毒環(huán)保，減少了操作風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

適配硅基負(fù)極

PAA粘結(jié)劑能與硅形成類(lèi)似固體電解質(zhì)界面的包覆層（SEI膜），維持電極穩(wěn)定，提高硅基負(fù)極的首次庫(kù)倫效率；有效地阻隔電解液對(duì)活性材料的腐蝕，降低電極阻抗，提高鋰離子擴(kuò)散速率；顯著改善硅基負(fù)極的循環(huán)性能，由于其高交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)械韌性，能夠有效抑制硅基負(fù)極劇烈的體積膨脹問(wèn)題。

應(yīng)用體系

硅基負(fù)極：硅基負(fù)極是PAA的主流應(yīng)用，可有效抑制硅體積膨脹，提升電池循環(huán)性能；

石墨負(fù)極：在石墨負(fù)極體系中，PAA可替代SBR，提高電池循環(huán)壽命和抑制電芯反彈；

正極材料：磷酸鐵鋰和錳酸鋰體系中作為正粘結(jié)劑、配合PVDF邊涂使用、配合集流體鋁箔涂炭等。PAA價(jià)格更低，整體用量較少，具有成本優(yōu)勢(shì)；

隔膜涂覆：小粒徑PAA粘結(jié)劑可與PVDF、分散劑和陶瓷粉體混合后制成漿料，進(jìn)行涂覆。

PAA應(yīng)用體系表

市場(chǎng)概況

國(guó)內(nèi)企業(yè)積極布局負(fù)極粘結(jié)劑領(lǐng)域，PAA粘結(jié)劑具有巨大的市場(chǎng)潛力。

目前，SBR粘結(jié)劑的市場(chǎng)主導(dǎo)地位仍被日本瑞翁株式會(huì)社占據(jù)，存在一定的供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。PAA最早也是由日本和歐美企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)，但其國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展迅速，成都茵地樂(lè)、回天新材、藍(lán)海黑石、長(zhǎng)興材料以及深圳研一等眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)已紛紛布局PAA粘結(jié)劑領(lǐng)域。高能量密度負(fù)極材料發(fā)展推動(dòng)PAA粘結(jié)劑需求量激增，2025年以前年均增長(zhǎng)約100%；2025年P(guān)AA粘結(jié)劑需求量6%固含膠液約57萬(wàn)噸（粉體3.4萬(wàn)噸），市場(chǎng)空間50-67億元，毛利率在30%-50%。

隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)PAA的研發(fā)和生產(chǎn)不斷加大投入，其技術(shù)將持續(xù)進(jìn)步，成本也將進(jìn)一步下降，為鋰電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)迭代帶來(lái)新的助力。與此同時(shí)，隨著鋰電池的技術(shù)不斷進(jìn)步，應(yīng)用場(chǎng)景也在不斷拓寬。除了新能源汽車(chē)領(lǐng)域，鋰電池還在電動(dòng)工具、儲(chǔ)能系統(tǒng)、公共交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，這將進(jìn)一步帶動(dòng)PAA粘結(jié)劑的需求上升。

國(guó)內(nèi)PAA粘結(jié)劑主要廠商

武漢先進(jìn)院技術(shù)儲(chǔ)備

武漢先進(jìn)院依托強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)及豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)布局電池輔材——PAA粘結(jié)劑生產(chǎn)工藝。研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破工藝控制難度大、產(chǎn)品均一性差等技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)特殊的高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特定的聚合工藝開(kāi)發(fā)，獲得富含極性官能團(tuán)和高分子量的高性能水溶性PAA粘結(jié)劑。自研PAA產(chǎn)品已完成小試驗(yàn)證，目前正處于下游驗(yàn)證階段，綜合性能已達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。

采用我院工藝生產(chǎn)的PAA粘結(jié)劑，剝離強(qiáng)度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，工藝流程簡(jiǎn)單、易于工業(yè)化放大，該項(xiàng)目成熟度高，設(shè)備投入小，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可控，可根據(jù)客戶(hù)需求進(jìn)行差異化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

武漢先進(jìn)院PAA技術(shù)儲(chǔ)備

電池材料中心

武漢先進(jìn)技術(shù)研究院依托中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院磷基負(fù)極材料的研究基礎(chǔ)，自2021年成立電池材料研發(fā)中心，已承接湖北省企業(yè)委托研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)近8000萬(wàn)元，順利完成了低成本磷基正極、高性能電解液和快充型磷碳負(fù)極材料的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和中試放大驗(yàn)證等項(xiàng)目。中心面向新能源汽車(chē)關(guān)鍵材料需求提供技術(shù)研發(fā)服務(wù)，聚焦電池正極、負(fù)極和電解液三大主材，開(kāi)展高性能電池材料研發(fā)與技術(shù)攻關(guān)，打造了動(dòng)力電池全生命周期管理技術(shù)體系。團(tuán)隊(duì)綜合湖北磷化工產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)鈉電材料、固態(tài)電池、下一代高品質(zhì)粘結(jié)劑、分散劑、電池全元素回收和錳基正極材料技術(shù)等進(jìn)行前瞻布局，推動(dòng)湖北磷化工產(chǎn)業(yè)步入3.0時(shí)代。