無論是我們?nèi)粘ｋx不開的手機(jī)和電腦，還是當(dāng)前越發(fā)流行的攝像機(jī)和照相機(jī)，鋰電池都憑借體積小、重量輕、容量大的特點(diǎn)，成為這些數(shù)碼設(shè)備中至關(guān)重要的存在。近年來，隨著鋰離子電池在汽車(EV、HEV、PHEV等=xEV)、電力儲存、工業(yè)機(jī)械、飛機(jī)、火車等方面的用途不斷擴(kuò)大，電池的尺寸也實(shí)現(xiàn)了大型化。

　　從1991年首次作為產(chǎn)品投入市場，到如今廣泛應(yīng)用于社會建設(shè)和科技民生眾多領(lǐng)域，鋰電池這30年的發(fā)展可以說主要圍繞以下三方面: 1.提高容量與功率密度;2.降低成本;3.保持并提高安全性。值得一提的是，在綜合以上特性需求進(jìn)階開發(fā)的路上，“高容量電池”尤其成為了鋰離子電池品類開發(fā)中優(yōu)先考慮實(shí)現(xiàn)的特性，經(jīng)過多年的專注研發(fā)才有了今天大容量電池的優(yōu)越性能。

　　相“氟”相成，業(yè)界呼吁更優(yōu)解:鋰離子電池中的氟化學(xué)材料

　　氟化合物和氟樹脂通常以化學(xué)穩(wěn)定性高而聞名，在鋰離子電池的制造中也使用了很多氟材料，特別是電解液粘結(jié)劑。鋰離子電池材料之所以能制造出高性能電池，氟材料可以說是功不可沒。

　　鋰離子電池的電壓可高達(dá)4.6V。要想在正極如此之高的氧化電位下穩(wěn)定地維持材料的性能，除了氟化合物能夠做到以外，其他材料少之又少。更何況，使用于正極電極內(nèi)的電解液或粘結(jié)劑，會暴露在強(qiáng)氧化性環(huán)境中，因此對材料穩(wěn)定性的要求極高。

　　作為擁有90年的氟化學(xué)研究經(jīng)驗(yàn)的先進(jìn)企業(yè)，大金氟化工面向鋰離子電池開發(fā)了粘結(jié)劑、電解液用添加劑及溶劑、CNT復(fù)合粘結(jié)劑分散液、密封圈材料等產(chǎn)品，為提高鋰離子電池的性能和安全性保障做出了貢獻(xiàn)。

　　一般的鋰離子電池的制造工藝分為制作電極之前的“前工序”和組裝電池單元并形成電池形狀的“后工序”。前工序中的電極制作采用涂布法，且是雙面涂布——將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑分散到溶解有粘合劑的溶劑中制成油墨(漿液)，再將油墨涂在金屬箔集流體上，干燥后進(jìn)行輥壓制成電極。

　　其中，正極的粘結(jié)劑一般采用PVdF材料，溶劑使用有機(jī)化合物NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)。由于是有機(jī)溶劑，處置不當(dāng)會對環(huán)境造成污染。并且該有機(jī)溶劑為可燃性溶劑，工廠的建筑物需要采用防爆設(shè)計(jì)規(guī)格，對工廠安全建設(shè)要求極高，且存在一定的安全隱患。

　　另外，NMP的沸點(diǎn)為204℃左右，干燥溫度為120-130℃，溫度較高。因此，在干燥工藝中需要消耗大量能量，存在CO2排放量較大的問題。

　　除了可燃物帶來安全隱患，大能耗產(chǎn)生負(fù)面環(huán)境影響以外，NMP本身的成本問題也很大。因此，NMP不能通過焚燒等方式消耗或廢棄，必須進(jìn)行“回收”。 NMP的回收設(shè)備和回收費(fèi)用也成為了制造上的負(fù)擔(dān)。

　　而對于負(fù)極，通常采用水作為溶劑，但水的汽化潛熱較大，導(dǎo)致干燥過程中產(chǎn)生超大能耗�？紤]到CO2的排放量以及成本問題，業(yè)界也出現(xiàn)了改用他法的呼聲。

圖1.傳統(tǒng)電極制作工藝(濕法工藝)

　　鋰離子電池干法工藝，大金氟化工創(chuàng)新提供正負(fù)極粘結(jié)劑產(chǎn)品方案

　　那該如何解決上述正負(fù)極制造過程中產(chǎn)生的問題呢?

　　方法之一就是采用干法工藝。這種方法不用涂布法制作電極，也不使用水和有機(jī)溶劑等液體。因此，不需要對溶劑進(jìn)行干燥和回收。只利用活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑這類粉體混合制作出電極的混合粉末，再利用某種方法形成薄片來制作電極。

　　干法工藝的優(yōu)點(diǎn)是不需要干燥及回收工序，但另一方面，傳統(tǒng)濕法工藝相對容易的薄電極層的成型變得困難。要使電極材料均勻且制作為極薄的電極，需要非常高的技術(shù)要求。

　　目前行業(yè)討論的干法工藝大致分為兩種。一種方法是將熱塑性樹脂粘結(jié)劑微粉與活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑相混合，加熱使粘結(jié)劑樹脂熔融，用熔融的粘結(jié)劑使活性物質(zhì)之間、導(dǎo)電劑之間粘合。另一種方法是使用PTFE(聚四氟化烯)作為粘結(jié)劑樹脂，施加適當(dāng)?shù)募羟辛�進(jìn)行混煉，使PTFE纖細(xì)化(纖維化)作為粘合劑，通過輥壓等方法使極片厚度變薄。

　　對于干法工藝的兩種方法，都有適合于各自加工方法的粘結(jié)劑:

　　熱塑性樹脂粘結(jié)劑

　　現(xiàn)行的液態(tài)鋰離子電池，其正極粘結(jié)劑幾乎都是PVdF類材料。這是因?yàn)镻VdF具有電化學(xué)穩(wěn)定性，即使在非常高的氧化電位下也不會分解，在鋰離子電池中被用作實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。因此，使用熱塑性樹脂作為粘結(jié)劑的干法工藝主要也是對PVdF類材料的微粉進(jìn)行開發(fā)利用。

　　PTFE粘結(jié)劑

　　另一種干法工藝是在剪切力的作用下使PTFE纖維化，這些細(xì)纖維與活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑纏結(jié)到一起形成塊狀，通過輥壓等方式進(jìn)行成片來制備電極。當(dāng)然，對于該粘結(jié)劑，不僅期望能通過剪切力實(shí)現(xiàn)纖維化，還要求粘結(jié)劑在此基礎(chǔ)上具備必要的抗氧化性能。 

圖2. 電極制作工藝(使用PTFE粘結(jié)劑的干法工藝)

　　而PTFE不僅可以在剪切力作用下纖維化，還具有非常高的抗氧化性能。因此，在這種方法下，PTFE是極有可能用作正極的干法工藝電極粘結(jié)劑的材料。

　　但PTFE最大的問題是，在負(fù)極的還原電位下，PTFE會被還原，可能無法長期發(fā)揮粘結(jié)劑的功能。因此，不推薦在負(fù)極使用。這樣一來，正極和負(fù)極就需要采用不同的粘結(jié)劑。

　　大金氟化工公司利用多年積累的氟樹脂技術(shù)，尤其是PTFE的設(shè)計(jì)與合成技術(shù)，致力于推進(jìn)以更少的添加量實(shí)現(xiàn)膜片成型的PTFE的開發(fā)。由于大金氟化工擁有乳液聚合技術(shù)和PVdF類材料，具備開發(fā)同時(shí)用于正負(fù)極粘結(jié)劑的基礎(chǔ)條件，從而能夠提出更加先進(jìn)的產(chǎn)品案。

　　基于在氟化學(xué)領(lǐng)域深耕多年積累的專業(yè)技術(shù)和市場經(jīng)驗(yàn)，大金氟化工始終著眼于行業(yè)前沿趨勢和需求，在提高先進(jìn)鋰離子電池的性能和環(huán)境保護(hù)方面發(fā)揮重要作用，今后也將繼續(xù)通過氟材料的開發(fā)為社會發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。