吴春林

(中国石化集团重庆川维化工有限公司，重庆长寿，401254)

1 试验部分

1.1 试验原料

醋酸乙烯酯、甲醇、乙醇(工业级，中国石化集团重庆川维化工有限公司)；甲基丙烯酸甲酯(分析纯，苏州工业园区正兴化工研究院)；丙烯酸(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)；氢氧化钠(分析纯，天津市天力化学试剂有限公司)。

1.2 试验仪器

布鲁克红外线光谱仪(德国Tensor27，BRUKER光谱仪器公司)；热重分析仪(Q-500型，美国TA公司)；差示扫描量热仪(Q-100型，美国TA公司)；三口烧瓶(3L，无锡申科仪器有限公司)；水浴锅(W-O301，上海申顺生物科技有限公司)等。

1.3 材料的合成与制备

1.3.1 乙烯醇-羧酸盐聚合物粘结剂的制备

1.4 测试方法

1.4.1 薄膜FT-IR测试

采用布鲁克红外线光谱仪对薄膜进行红外测试，测试波数范围为400-4000cm-1，分辨率为4cm-1，采样点数为32。

图1 乙烯醇-羧酸盐聚合物的红外谱图

1.4.2 热性能测试

采用美国TA公司Q-500型热重分析仪，在氮气氛围下测试热稳定性，升温范围10℃-800℃,升温速率设置为10℃·Min-1。采用美国TA公司Q-100型差式扫描量热仪器测其热性能，将薄膜在氮气氛围下以10℃·Min-1的速度升温到200℃，保温5min后以120℃·Min-1速率淬火至-20℃，保温2min后再以10℃·Min-1的升温速率进行扫描并记录曲线。

图2 乙烯醇-羧酸盐聚合物的TG曲线图

图3 乙烯醇-羧酸盐聚合物的DSC曲线图

1.4.3 乙烯醇-羧酸盐聚合物GPC及粘度测试

采用安捷伦1260型凝胶色谱仪测试样品的分子量，使用水为流动相，流速设置为1.0ml·min-1，测试温度设置为35℃。粘度测试方法采用Brookfield粘度计,测试20℃条件下，浓度为4%的水溶液的粘度。

表1 乙烯醇-羧酸盐聚合物的分子量及粘度

2 结果与讨论

本实验研究所制得乙烯醇-羧酸盐聚合物主要用于锂离子电池的负极浆料包括活性物质(石墨、硅碳)、导电剂、增稠剂及溶剂去离子水等的粘结。因为活性物质、导电剂、溶剂对金属电极没有粘附性，所以无法做成极片用于制备锂离子电池。粘结剂能将各种颗粒粘接在一起，形成了具有粘附性的浆料，能与金属箔紧密粘接在一起。性能俱佳的粘结剂，不仅有利于电池能量密度的提高，对于电池内阻也有明显的降低作用，而且对电池的电化学性能也具有重要的影响。从极片加工角度对粘结剂的性能要求主要有以下几点：(1)能够长时间维持浆料粘度保持不变，不会因为浆料放置导致其沉降，失效；(2)可溶解形成高浓度溶液，所需的汽化热较低；(3)碾压时容易成型且不会反弹；具有柔性，在电极破裂时不会形成碎片。从电池性能角度来讲，粘结剂具有以下特点：(1)与金属箔具有良好的粘结性，不会因为电解液和充放电的使用而剥离金属箔；(2)在较宽的电压范围内有良好的电化学稳定性；(3)具有较高的熔点和较低的溶胀率；(4)具有良好的离子传输性和电子导电性。

因此，本文从锂离子电池负极粘结剂的实际需求出发，对粘结剂的制备工艺进行了研究，并对分子结构进行分析研究，制备出可满足锂离子电池负极粘结需求的新型绿色环保粘结剂。

2.1 乙烯醇-羧酸盐聚合物粘结剂分子结构分析

从锂离子电池极片的加工性能和电池性能来看，粘结剂要同时满足在水中有良好的分散性和粘结性。含有大量羟基的聚乙烯醇，由于分子间氢键作用力很强，虽然是一种良好的水溶性粘结剂，但聚乙烯醇在水中对活性物质的分散性差，而无法单独使用。为了能满足锂离子电池负极分散石墨等物质的需求，同时保留其较强的粘结力，本文进行了醋酸乙烯与含有羧基基团乙烯基单体等进行三元共聚，使得高分子化合物分子链上含有满足分散和粘结需求的官能团。

2.2 热力学性能对粘结剂在加工过程中的影响

2.3 乙烯醇-羧酸盐聚合物水溶液稳定性

3 结论

油溶性粘结剂PVDF，采用NMP做溶剂，在锂离子电池生产过程中，挥发物对人体和环境有毒有害，因此，行业内已逐渐向无毒无害的水性粘结剂发展。而现有的水性粘结剂海藻酸钠、CMC等价格较昂贵，市场推广应用较为困难。本项目研究的粘结剂具有价格低廉、性能优异的特点。在锂离子电池行业进行应用测试后，反映出良好的电化学性能，电解液中界面阻抗低。在锂离子电池电极片的制作过程中，所用溶剂为水，对环境和人体无毒无害。因此，水性粘结剂在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。