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粘結(jié)劑的定義及技術(shù)要求    

 

定義：在電極中，粘結(jié)劑是將正負(fù)極活性物質(zhì)粘附在集流體上的高分子化合物。它的主要作用是粘結(jié)活性材料，并在電池生產(chǎn)和使用過程維持極片的機械結(jié)構(gòu)和電池的電化學(xué)性能的穩(wěn)定性。

技術(shù)要求：

 

電解液相容性：不溶于電解溶液，不與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

 

電化學(xué)穩(wěn)定性：在操作電壓范圍內(nèi)，粘結(jié)劑不會被氧化或還原；在電池充放電過程中，不與活性材料、Li及其他物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)；

 

加工性能：能提供良好的漿料、極片、電池加工性能；

 

粘結(jié)性能：能提供足夠的粘結(jié)強度，以確保在電池生產(chǎn)、使用（存儲、循環(huán)）過程中，不會出現(xiàn)活性材料從極片上脫落失效的現(xiàn)象；

 

動力學(xué)性能：粘結(jié)劑應(yīng)具有較高的鋰離子電導(dǎo)率；

 

安全性能：粘結(jié)劑至少不能惡化電池的安全性能。

 

粘結(jié)機理：粘接是一種界面現(xiàn)象，包括兩個過程：先潤濕，再產(chǎn)生粘結(jié)力。潤濕是粘接的先決條件。

 

粘結(jié)劑作用機理 

 

粘接是一種界面現(xiàn)象，包括兩個過程：先潤濕，再產(chǎn)生粘結(jié)力。潤濕是粘接的先決條件。

 

潤濕性：潤濕是液體在固體表面的均勻鋪展現(xiàn)象，反映了液體與固體之間的親和性。潤濕主要由表面張力引起，對液體稱為表面張力，對固體則稱為表面能。

粘結(jié)力：

 

化學(xué)作用粘結(jié)力：吸附理論、擴散理論、靜電理論及化學(xué)鍵理論

 

物理作用粘結(jié)力：機械結(jié)合理論

 

吸附理論：粘結(jié)劑分子通過布朗運動向被粘接物體表面移動擴散，當(dāng)粘結(jié)劑與被粘物分子間距達(dá)到10埃時，便產(chǎn)生了分子之間的作用力，即范德華力，使得膠黏劑與被粘結(jié)物結(jié)合更加緊密。

 

擴散理論：適當(dāng)降低粘結(jié)劑的分子量有助于提高擴散系數(shù)，改善粘接性能。

 

靜電理論：當(dāng)金屬和非金屬材料緊密接觸時，金屬容易失去電子，而非金屬容易得到電子，這樣就在界面產(chǎn)生接觸電勢，形成雙電層產(chǎn)生靜電引力。

 

化學(xué)鍵理論：離子鍵力、共價鍵力、配位鍵力

 

機械結(jié)合理論：粘結(jié)劑在不平的被粘物表面形成的機械互鎖力。

 

粘結(jié)力的影響因素 

 

粘結(jié)力的衰減原因：

 

外力對粘結(jié)力的破壞：剪切、正拉、杠桿力或劈裂力、剝離力；

 

粘結(jié)界面消失，粘結(jié)面積減少（Substrate failure）；

 

粘結(jié)點被其他物質(zhì)所污染與取代（Adhesion failure）；

 

粘結(jié)劑分子鏈被破壞（Cohesion failure）。

界面粘接的影響因素:

被粘接基材的性質(zhì) (金屬,塑料,橡膠,陶瓷等材料的表面能)；

 

Al（840J/m-2）、Cu（1103J/m-2）、鐵（鋼）（1800J/m-2）

 

被粘接界面的微觀狀況 (平面，曲面，粗糙度，被污染狀況等)；

 

粘結(jié)劑的不同特性:

 

1. 相對分子量大小及其分布：潤濕能力和內(nèi)聚強度

 

2. 分子極性：

 

介電常數(shù)≥3.6以上為極性材料

 

2.8-3.6為弱極性材料

 

2.8 以下為非極性材料

 

SBR: 1.5-2.5

 

PVDF: 7.2 

 

PI: 3.0-4.0 

 

PA: 4.1

 

PAN：6.5

 

極性大的粘結(jié)劑適合粘結(jié)極性大的材料

 

極性小的粘結(jié)劑適合粘結(jié)極性小的材料

 

分子的交聯(lián)度：流動性、潤濕及擴散能力

 

結(jié)晶性能

 

化學(xué)活性

 

處理工藝：粘結(jié)時施加的壓力、時間、溫度，交聯(lián)劑與增粘劑的使用等；

 

粘接劑的使用環(huán)境：溫度, 濕度，化學(xué)環(huán)境，pH，紫外線老化等。

 

如何獲得最大的界面粘接力

 

提高被粘固體的表面能：對被粘固體表面進(jìn)行處理，清洗污染物，或者表面進(jìn)行化學(xué)、物理處理以提高其表面能，如對被粘材料涂底膠，表面離子處理等；

 

機械鉚合作用：適當(dāng)增加被粘固體的表面粗糙度；

 

盡量獲得取得較高的粘結(jié)接觸面積

 

提高粘結(jié)的時間：膠需要時間流動與鋪展；

 

提高溫度：高溫可以促進(jìn)膠的潤濕與流動；表面處理：增加被粘固體的粗糙度；

 

壓力：促進(jìn)膠的潤濕與流動，避免界面氣泡

 

被粘固體比表面積過大，膠被吸附過多，起到有效粘結(jié)的膠量過少，則粘結(jié)力會相應(yīng)下降

 

化學(xué)修飾：在被粘固體表面化學(xué)修飾上可以與粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)；

 

針對不同被粘結(jié)材料選用不同的粘結(jié)劑。

 

粘結(jié)劑評估的基本流程及評估項目