7月24日—25日,2023第七屆車輛膠論壇暨動力電池膠創新論壇在上海召開。國內外各大知名膠粘材料廠商和汽車膠產業代表紛紛現身,聚焦新能源動力電池等領域用膠專題版塊展開深入技術探討。深圳市比克動力電池有限公司潘慶瑞博士受邀出席,以《圓柱鋰離子電池粘結劑的應用現狀及面臨的挑戰》為主題進行了報告分享,以期攜手行業同仁一致努力,進一步加強粘結劑在圓柱電池方面的開發應用。
比克電池潘慶瑞博士分享前沿洞見
鋰離子電池粘結劑分為正極粘結劑、負極粘結劑和包括隔膜功能涂覆等在內的其他粘結劑,對電芯性能的改善具有重大價值。潘慶瑞博士強調:“雖然粘結劑在電極中的含量僅為1~3%,成本也約占電池總成本的1%,但是粘結劑體系在勻漿涂布、電極結構及電池電性能發揮上起著關鍵性的作用,能夠均勻分散活性物質和導電劑,形成良好的電子和離子傳輸網絡,從而實現電子和鋰離子的高效傳輸。”
其背后的粘結機理,“跟粘結劑分子在活性物質中的吸附作用、靜電作用、擴散作用、鉚接作用有關,粘結強度又分為極片(或Binder)與集流體(Al/C箔)之間的粘結力和極片內部之間的內聚力粘結力,粘結強度不足會帶來制成良率降低和電芯產品應用的安全隱患”潘慶瑞博士作了進一步說明。
目前,粘結劑在應用開發面臨諸多挑戰,比如在超高鎳體系應用時發生粘度變化過快、活性物質沉降及凝膠果凍,對涂布工藝和極片良率帶來較大風險;高壓實正極體系中易出現極片柔性和折痕問題。在負極應用時,新材料體系容易出現粘附力差分切掉料、負極涂布表面粗糙、極片過硬鋼針性能差等問題。這主要是由于,“一則正極方面,高堿性易造成PVDF的自交聯造成漿料流變性能惡化,其中PVDF的分子量、聚合形式和結晶度會對粘度和漿料的穩定性產生較大影響,也影響正極極片壓實和粘附力,進而影響電芯的內阻和電性能。二則鋰離子電池發展也對負極粘結劑提出了更高的要求,其中硅基材料的應用開發在圓柱電池上變得較為普遍,相應的制成和硅膨脹所帶來的影響對粘結劑提出了新的挑戰;另外,負極粘結劑新的挑戰也體現在粘附力提升、速溶、柔性設計及快充、高低溫性能上。”潘慶瑞博士表示。
面對粘結劑在大圓柱動力電池應用上的新未來,潘慶瑞博士也介紹了比克動力將要實施的圓柱電芯產品雙線布局戰略。“其一是高性能路線,能量密度在280～330Wh/kg之間,首代產品采用高鎳+高首效硅,支持4C快充;輕量化產品,依舊采用高鎳+高首效硅,并支持4C快充;準固態產品,將采用超高鎳+高比例硅,支持2～3C快充。其二是低成本路線,能量密度達200Wh/kg左右,為磷酸鐵鋰+硅、Na+離子電池、磷酸錳鐵鋰+硅等多種體系,實現多元化使用場景。”
值得關注的是,在展望下一代圓柱電池粘結劑發展時,潘慶瑞博士指出:“下一代圓柱電池粘結劑將從制成、電極結構、動力學性能三大方向取得突破。比克電池始終堅持以市場需求為超前部署,通過在粘結劑上的技術儲備,持續推進工藝的極限制造和產品一致性的提高,努力用企業行動助推綠色低碳轉型。”
