高鎳體系下粘結劑的創新與瓶頸

2018年,是市場變革之年,也是技術革新之年。

在高能量密度壓力之下,高鎳系三元材料成為動力鋰電材料發展的必然趨勢,相應配套材料也開始進行產品升級,硅碳系負極、薄型化的乾溼法隔膜、高電壓的電解液等新材料導入開始提上日程;同時,對銅箔鋁箔、導電劑、粘結劑等鋰電池輔材也提出了更高的要求,相關材料企業開始進行產品升級。

以粘結劑為例,目前正極材料中常用的粘結劑主要為PVDF,該類粘結劑需要加入NMP溶劑配合使用。而當正極材料選擇高鎳體系時,隨著容量增大,材料中的殘鹼含量也變得越來越高,PVDF在強鹼環境下,將產生分解反應,造成氟化氫脫離,使漿料凝膠;同時,高鎳正極表面會發生部分副反應,將造成二次粒子崩潰,導致電池中導電性下降。

高镍体系下粘结剂的创新与瓶颈

在此背景下,粘結劑的創新及應用就成為鋰電池企業及配套供應商的關注熱點。

針對此現象,瑞翁集團開發出一款新型無氟粘結劑,可以代替傳統PVDF。日本瑞翁株式會社Zeon主席研究員王鍵博士表示:“公司做了很多實驗,例如測試漿料的穩定性,用NCA做和漿實驗,分別用PVDF和新型無氟粘結劑做的漿料,放到乾燥房靜置幾天後,PVDF出現凝膠狀態,而新型無氟粘結劑沒有出現凝膠現象。”

“新研發的無氟粘結劑和活性物質的親和性更好,在表面形成類似SEI的保護膜,可以讓充放電反映更均勻,從而減少內部應力的發生。”王鍵博士表示,目前國內已經有大廠採購,處於中試階段。

儘管已經有企業針對性研發出新型產品,但調研國內電池企業發現,目前該款產品並未開始應用在產品中,處於探索階段。

多家電池企業的一致共識是,目前傳統PVDF可以滿足高鎳正極材料的需求,暫時不會更換新型添加劑。針對高鎳正極中殘鹼含量較高的情況,主要是通過添加其它成分來中和鹼性,將PH值降低;同時,強鹼的環境不止影響PVDF的使用,對其它材料性能也會有所影響,因此必須控制殘鹼含量,而不是簡單的換粘結劑就可以解決問題。

比亞迪CTO劉衛平表示:“目前公司還是採用的傳統PVDF,還沒用其它新型的粘結劑,主要是通過技術處理高鎳正極材料中強鹼的問題。”

“通過添加其它材料去中和鹼性,控制高鎳正極材料中PH值,並控制水分含量,避免凝膠現象出現。”億緯鋰能研發總監鄒友生表示。

業內人士表示,目前國內量產高鎳電池仍有較多問題暫未克服,未來隨著技術逐漸成熟,對於材料的性能要求也將越來越高,屆時新型粘結劑或將迎來“出頭之日”。


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