7月24日—25日,2023第七屆車輛膠論壇暨動力電池膠創(chuàng)新論壇在上海召開。國內(nèi)外各大知名膠粘材料廠商和汽車膠產(chǎn)業(yè)代表紛紛現(xiàn)身,聚焦新能源動力電池等領(lǐng)域用膠專題版塊展開深入技術(shù)探討。深圳市比克動力電池有限公司潘慶瑞博士受邀出席,以《圓柱鋰離子電池粘結(jié)劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)》為主題進行了報告分享,以期攜手行業(yè)同仁一致努力,進一步加強粘結(jié)劑在圓柱電池方面的開發(fā)應(yīng)用。

比克電池潘慶瑞博士分享前沿洞見

鋰離子電池粘結(jié)劑分為正極粘結(jié)劑、負極粘結(jié)劑和包括隔膜功能涂覆等在內(nèi)的其他粘結(jié)劑,對電芯性能的改善具有重大價值。潘慶瑞博士強調(diào):“雖然粘結(jié)劑在電極中的含量僅為1~3%,成本也約占電池總成本的1%,但是粘結(jié)劑體系在勻漿涂布、電極結(jié)構(gòu)及電池電性能發(fā)揮上起著關(guān)鍵性的作用,能夠均勻分散活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑,形成良好的電子和離子傳輸網(wǎng)絡(luò),從而實現(xiàn)電子和鋰離子的高效傳輸。”

其背后的粘結(jié)機理,“跟粘結(jié)劑分子在活性物質(zhì)中的吸附作用、靜電作用、擴散作用、鉚接作用有關(guān),粘結(jié)強度又分為極片(或Binder)與集流體(Al/C箔)之間的粘結(jié)力和極片內(nèi)部之間的內(nèi)聚力粘結(jié)力,粘結(jié)強度不足會帶來制成良率降低和電芯產(chǎn)品應(yīng)用的安全隱患”潘慶瑞博士作了進一步說明。

目前,粘結(jié)劑在應(yīng)用開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn),比如在超高鎳體系應(yīng)用時發(fā)生粘度變化過快、活性物質(zhì)沉降及凝膠果凍,對涂布工藝和極片良率帶來較大風(fēng)險;高壓實正極體系中易出現(xiàn)極片柔性和折痕問題。在負極應(yīng)用時,新材料體系容易出現(xiàn)粘附力差分切掉料、負極涂布表面粗糙、極片過硬鋼針性能差等問題。這主要是由于,“一則正極方面,高堿性易造成PVDF的自交聯(lián)造成漿料流變性能惡化,其中PVDF的分子量、聚合形式和結(jié)晶度會對粘度和漿料的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響,也影響正極極片壓實和粘附力,進而影響電芯的內(nèi)阻和電性能。二則鋰離子電池發(fā)展也對負極粘結(jié)劑提出了更高的要求,其中硅基材料的應(yīng)用開發(fā)在圓柱電池上變得較為普遍,相應(yīng)的制成和硅膨脹所帶來的影響對粘結(jié)劑提出了新的挑戰(zhàn);另外,負極粘結(jié)劑新的挑戰(zhàn)也體現(xiàn)在粘附力提升、速溶、柔性設(shè)計及快充、高低溫性能上。”潘慶瑞博士表示。

面對粘結(jié)劑在大圓柱動力電池應(yīng)用上的新未來,潘慶瑞博士也介紹了比克動力將要實施的圓柱電芯產(chǎn)品雙線布局戰(zhàn)略。“其一是高性能路線,能量密度在280～330Wh/kg之間,首代產(chǎn)品采用高鎳+高首效硅,支持4C快充;輕量化產(chǎn)品,依舊采用高鎳+高首效硅,并支持4C快充;準(zhǔn)固態(tài)產(chǎn)品,將采用超高鎳+高比例硅,支持2～3C快充。其二是低成本路線,能量密度達200Wh/kg左右,為磷酸鐵鋰+硅、Na+離子電池、磷酸錳鐵鋰+硅等多種體系,實現(xiàn)多元化使用場景。”

值得關(guān)注的是,在展望下一代圓柱電池粘結(jié)劑發(fā)展時,潘慶瑞博士指出:“下一代圓柱電池粘結(jié)劑將從制成、電極結(jié)構(gòu)、動力學(xué)性能三大方向取得突破。比克電池始終堅持以市場需求為超前部署,通過在粘結(jié)劑上的技術(shù)儲備,持續(xù)推進工藝的極限制造和產(chǎn)品一致性的提高,努力用企業(yè)行動助推綠色低碳轉(zhuǎn)型。”