7月24日—25日,2023第七届车辆胶论坛暨动力电池胶创新论坛在上海召开。国内外各大知名胶粘材料厂商和汽车胶产业代表纷纷现身,聚焦新能源动力电池等领域用胶专题版块展开深入技术探讨。深圳市比克动力电池有限公司潘庆瑞博士受邀出席,以《圆柱锂离子电池粘结剂的应用现状及面临的挑战》为主题进行了报告分享,以期携手行业同仁一致努力,进一步加强粘结剂在圆柱电池方面的开发应用。

比克电池潘庆瑞博士分享前沿洞见

锂离子电池粘结剂分为正极粘结剂、负极粘结剂和包括隔膜功能涂覆等在内的其他粘结剂,对电芯性能的改善具有重大价值。潘庆瑞博士强调:“虽然粘结剂在电极中的含量仅为1~3%,成本也约占电池总成本的1%,但是粘结剂体系在匀浆涂布、电极结构及电池电性能发挥上起着关键性的作用,能够均匀分散活性物质和导电剂,形成良好的电子和离子传输网络,从而实现电子和锂离子的高效传输。”

其背后的粘结机理,“跟粘结剂分子在活性物质中的吸附作用、静电作用、扩散作用、铆接作用有关,粘结强度又分为极片(或Binder)与集流体(Al/C箔)之间的粘结力和极片内部之间的内聚力粘结力,粘结强度不足会带来制成良率降低和电芯产品应用的安全隐患”潘庆瑞博士作了进一步说明。

目前,粘结剂在应用开发面临诸多挑战,比如在超高镍体系应用时发生粘度变化过快、活性物质沉降及凝胶果冻,对涂布工艺和极片良率带来较大风险;高压实正极体系中易出现极片柔性和折痕问题。在负极应用时,新材料体系容易出现粘附力差分切掉料、负极涂布表面粗糙、极片过硬钢针性能差等问题。这主要是由于,“一则正极方面,高碱性易造成PVDF的自交联造成浆料流变性能恶化,其中PVDF的分子量、聚合形式和结晶度会对粘度和浆料的稳定性产生较大影响,也影响正极极片压实和粘附力,进而影响电芯的内阻和电性能。二则锂离子电池发展也对负极粘结剂提出了更高的要求,其中硅基材料的应用开发在圆柱电池上变得较为普遍,相应的制成和硅膨胀所带来的影响对粘结剂提出了新的挑战;另外,负极粘结剂新的挑战也体现在粘附力提升、速溶、柔性设计及快充、高低温性能上。”潘庆瑞博士表示。

面对粘结剂在大圆柱动力电池应用上的新未来,潘庆瑞博士也介绍了比克动力将要实施的圆柱电芯产品双线布局战略。“其一是高性能路线,能量密度在280～330Wh/kg之间,首代产品采用高镍+高首效硅,支持4C快充;轻量化产品,依旧采用高镍+高首效硅,并支持4C快充;准固态产品,将采用超高镍+高比例硅,支持2～3C快充。其二是低成本路线,能量密度达200Wh/kg左右,为磷酸铁锂+硅、Na+离子电池、磷酸锰铁锂+硅等多种体系,实现多元化使用场景。”

值得关注的是,在展望下一代圆柱电池粘结剂发展时,潘庆瑞博士指出:“下一代圆柱电池粘结剂将从制成、电极结构、动力学性能三大方向取得突破。比克电池始终坚持以市场需求为超前部署,通过在粘结剂上的技术储备,持续推进工艺的极限制造和产品一致性的提高,努力用企业行动助推绿色低碳转型。”