锂电池企业的高镍体系下粘结剂的创新与应用

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目前国内量产高镍电池仍有较多问题暂未克服,未来随着技术逐渐成熟,对于材料的性能要求也将越来越高,届时新型粘结剂或将迎来“出头之日”。

2018年,是市场变革之年,也是技术革新之年。

在高能量密度压力之下,高镍系三元材料成为动力锂电材料发展的必然趋势,相应配套材料也开始进行产品升级,硅碳系负极、薄型化的干湿法隔膜、高电压的电解液等新材料导入开始提上日程;同时,对铜箔铝箔、导电剂、粘结剂等锂电池辅材也提出了更高的要求,相关材料企业开始进行产品升级。

以粘结剂为例,目前正极材料中常用的粘结剂主要为PVDF,该类粘结剂需要加入NMP溶剂配合使用。而当正极材料选择高镍体系时,随着容量增大,材料中的残碱含量也变得越来越高,PVDF在强碱环境下,将产生分解反应,造成氟化氢脱离,使浆料凝胶;同时,高镍正极表面会发生部分副反应,将造成二次粒子崩溃,导致电池中导电性下降。

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在此背景下,粘结剂的创新及应用就成为锂电池企业及配套供应商的关注热点。

针对此现象,瑞翁集团开发出一款新型无氟粘结剂,可以代替传统PVDF。日本瑞翁株式会社Zeon主席研究员王键博士表示:“公司做了很多实验,例如测试浆料的稳定性,用NCA做和浆实验,分别用PVDF和新型无氟粘结剂做的浆料,放到干燥房静置几天后,PVDF出现凝胶状态,而新型无氟粘结剂没有出现凝胶现象。”

“新研发的无氟粘结剂和活性物质的亲和性更好,在表面形成类似SEI的保护膜,可以让充放电反映更均匀,从而减少内部应力的发生。”王键博士表示,目前国内已经有大厂采购,处于中试阶段。

尽管已经有企业针对性研发出新型产品,但调研国内电池企业发现,目前该款产品并未开始应用在产品中,处于探索阶段。

多家电池企业的一致共识是,目前传统PVDF可以满足高镍正极材料的需求,暂时不会更换新型添加剂。针对高镍正极中残碱含量较高的情况,主要是通过添加其它成分来中和碱性,将PH值降低;同时,强碱的环境不止影响PVDF的使用,对其它材料性能也会有所影响,因此必须控制残碱含量,而不是简单的换粘结剂就可以解决问题。

比亚迪CTO刘卫平表示:“目前公司还是采用的传统PVDF,还没用其它新型的粘结剂,主要是通过技术处理高镍正极材料中强碱的问题。”

“通过添加其它材料去中和碱性,控制高镍正极材料中PH值,并控制水分含量,避免凝胶现象出现。”亿纬锂能研发总监邹友生表示。

业内人士表示,目前国内量产高镍电池仍有较多问题暂未克服,未来随着技术逐渐成熟,对于材料的性能要求也将越来越高,届时新型粘结剂或将迎来“出头之日”。

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