鋰(lǐ)離(lí)子電池(chí)電極(jí)主要由活性(xìng)物(wù)質
，集流體(tǐ)
，粘結(jié)劑(jì)和導(dǎo)電劑等組分構成(chéng)
，其(qí)中粘結劑主要(yào)是將(jiāng)正負極活性(xìng)物質和(hé)導(dǎo)電劑等(děng)組分(fēn)粘接(jiē)在集(jí)流體上(shàng)。由於(yú)正(zhèng)負(fù)極(jí)活(huó)性(xìng)物(wù)質在充(chōng)放電的過程(chéng)中(zhōng)都(dū)會(huì)產生一(yī)定的體積(jī)變化
，對電極(jí)的結構穩(wěn)定性產生(shēng)一定的影響
，因此雖(suī)然(rán)粘(nián)結劑本身並不(bù)具(jù)備電(diàn)化學(xué)活性
，但是(shì)卻對電(diàn)池的性(xìng)能(néng)有顯著的影(yǐng)響(xiǎng)
，粘結(jié)劑數(shù)量過少
，粘(nián)接強度不夠容易產生掉料(liào)等(děng)問題
，粘結劑(jì)過(guò)多則影(yǐng)響(xiǎng)Li+的擴散
，從(cóng)而影響電(diàn)池(chí)的(dí)倍(bèi)率(shuài)性能。

近(jìn)日美國肯(kěn)塔(tǎ)基大(dà)學(xué)的MingWang（第一作者(zhě)
，通訊作者(zhě)）和Jiazhi Hu（通訊作(zuò)者）
，Yikai Wang（通訊(xùn)作(zuò)者）等(děng)人對(duì)不(bù)同分子量(liáng)PVDF粘結(jié)劑對於NCM111幹法(fǎ)電(diàn)極的電化學性(xìng)能的(dí)影響(xiǎng)進行(háng)了分(fēn)析
，研(yán)究表明PVDF分子量越高(gāo)則在NCM顆粒表麵(miàn)形(xíng)成的(dí)PVDF層孔隙率(shuài)越(yuè)高(gāo)
，從(cóng)而在不影響粘接(jiē)強度和循環性能(néng)的前(qián)提下(xià)提(tí)升(shēng)鋰離子電池的倍率性能。

傳(chuán)統的PVDF使用方法(fǎ)是將(jiāng)PVDF粘(nián)結劑(jì)分散(sàn)在NMP溶劑(jì)中(zhōng)
，然(rán)後添加到漿(jiāng)料之(zhī)中進行塗布
，NMP溶(róng)劑(jì)不但(dàn)昂貴
，還具有毒(dú)性和可燃性
，因(yīn)此目前(qián)幾乎(hū)所有的鋰離(lí)子(zǐ)電(diàn)池企(qǐ)業都(dū)在(zài)尋找一種(zhǒng)能(néng)夠(gòu)替代NMP溶(róng)劑的(dí)電(diàn)極生(shēng)產方法(fǎ)。在眾(zhòng)多的替代選項(xiàng)中(zhōng)靜電噴(pēn)塗(tú)法（ESD）是一種具有潛(qián)力(lì)的幹(gān)法工藝(yì)
，目前這(zhè)一工藝已經(jīng)廣泛(fàn)的(dí)應用在(zài)印刷
，食(shí)品(pǐn)和藥品製(zhì)造(zào)過程中
，在(zài)這(zhè)一(yī)工(gōng)藝下電(diàn)極(jí)材料(liào)首先在高電(diàn)壓下帶上電(diàn)荷
，然(rán)後這些(xiē)帶有(yǒu)電(diàn)荷(hé)的顆粒(lì)被吸附(fù)在具(jù)有(yǒu)相反電荷(hé)的(dí)箔(bó)材上
，然後(hòu)經過(guò)加(jiā)熱(rè)過(guò)程(chéng)後(hòu)PVDF粘結劑融化將活性物(wù)質顆(kē)粒粘接(jiē)在集(jí)流體上。

靜(jìng)電噴(pēn)塗ESD方(fāng)法首先(xiān)需要讓(ràng)活性(xìng)物(wù)質顆粒帶上電荷(hé)
，常(cháng)見(jiàn)的(dí)“充電"方式主要有兩(liǎng)種(zhǒng)Turbo-charging和Corona-charging
，Turbo-charging是通過活性物(wù)質顆粒(lì)與管壁(bì)接(jiē)觸帶電
，然(rán)後(hòu)再進(jìn)行剝離(lí)的(dí)方(fāng)式實現“充(chōng)電(diàn)"
，但(dàn)是這一方法(fǎ)下活性(xìng)物質顆(kē)粒(lì)帶的電(diàn)荷比較(jiào)復(fù)雜
，因(yīn)此(cǐ)並不適(shì)合用在ESD工藝(yì)中(zhōng)
，因(yīn)此作者(zhě)在這裏選(xuǎn)擇了(liǎo)Corona-charging作為對(duì)正負(fù)極活性(xìng)物(wù)質(zhì)“充電"的方式(shì)。

Corona-charging充電方(fāng)式(shì)需要準確的調(tiáo)控電場電壓
，太低(dī)了(liǎo)不(bù)能(néng)在顆(kē)粒(lì)產生(shēng)足夠(gòu)的(dí)電(diàn)荷(hé)
，太高了顆粒(lì)上電(diàn)荷(hé)過多
，則會吸附(fù)離子化的(dí)氣(qì)體分子
，從而(ér)中(zhōng)和(hé)顆粒(lì)上攜(xié)帶的(dí)電(diàn)荷
，影響箔(bó)材(cái)對(duì)於(yú)顆(kē)粒(lì)的(dí)吸附(fù)能力。下圖為50kV的(dí)電壓(yā)和25kV電壓下的(dí)電極效果圖(tú)
，可以看(kàn)到(dào)50kV電壓(yā)下塗布的電(diàn)極表(biǎo)麵有較多的微孔(kǒng)缺(quē)陷
，能夠(gòu)看到(dào)下(xià)麵(miàn)的Al箔
，而25kV下塗布的(dí)電極(jí)幾乎(hū)沒(méi)有看(kàn)到明(míng)顯的缺陷
，因(yīn)此後(hòu)麵的(dí)實驗選擇25kV作(zuò)為活(huó)性物質“充電"電壓。

常規的濕法(fǎ)塗布過(guò)程烘幹(gān)溫(wēn)度低於(yú)PVDF的熔(róng)點
，因此僅(jǐn)僅是(shì)將NMP溶(róng)劑揮(huī)發出去
，PVDF發生(shēng)析(xī)出(chū)反應
，但(dàn)是(shì)在ESD工(gōng)藝(yì)中(zhōng)需(xū)要將PVDF粘(nián)結劑加熱到(dào)熔點以上
，從(cóng)而(ér)實(shí)現(xiàn)對活(huó)性物質顆粒的(dí)粘(nián)接
，為了(liǎo)研究加熱過程對於PVDF粘結(jié)劑的影響
，作(zuò)者直接將PVDF塗布(bù)在了Al箔(bó)上進行加熱實(shí)驗。

下(xià)圖為Alfa Aesar 44080和(hé)HSV 900兩(liǎng)種PVDF粘(nián)結(jié)劑(jì)在加熱(rè)前後(hòu)的(dí)SEM圖片
，從下(xià)圖a和(hé)c能夠看到兩種PVDF粘結(jié)劑都是(shì)由(yóu)300nm左(zuǒ)右(yòu)的(dí)一(yī)次顆粒(lì)團聚形成的直徑(jìng)在2-60um的二(èr)次(cì)顆粒(lì)構成
，在200℃下加(jiā)熱1h後Alfa Aesar生(shēng)成了一層(céng)粘(nián)結劑膜
，而(ér)HSV 900的一次顆(kē)粒(lì)顯(xiǎn)著(zhù)長大(dà)
，但是仍然保持(chí)了球(qiú)型(xíng)外觀
，即便(biàn)是將加熱(rè)時間增(zēng)加到5h
，HSV 900粘結(jié)劑仍然(rán)沒有(yǒu)在(zài)Al箔上形(xíng)成均(jūn)匀的膜(mó)。

下圖(tú)為NCM與PVDF按照(zhào)18:1的比例進(jìn)行(háng)混(hùn)合(hé)後(hòu)的電極形貌
，可以看(kàn)到兩(liǎng)種(zhǒng)粘結(jié)劑在經(jīng)過幹混後(hòu)都(dū)在NCM顆(kē)粒(lì)的(dí)表麵吸附了(liǎo)一層PVDF顆(kē)粒(lì)
，在(zài)經過加熱(rè)後(hòu)
，Alfa Aesar的PVDF粘結劑在NCM顆粒(lì)的(dí)表麵生成了(liǎo)一(yī)層(céng)均匀的(dí)PVDF膜
，但(dàn)是(shì)HSV 900粘(nián)結(jié)劑僅僅是(shì)在NCM形成(chéng)了部分(fēn)的覆蓋(gài)的膜。

下圖(tú)為NCM／CB／PVDF電(diàn)極的SEM圖(tú)片
，Alfa Aesar的PVDF粘結(jié)劑(jì)在(zài)NCM顆(kē)粒表(biǎo)麵(miàn)形(xíng)成了一(yī)層均(jūn)匀的(dí)PVDF膜
，CB導電劑(jì)也(yě)被PVDF粘(nián)接在(zài)NCM顆(kē)粒上(shàng)
，而(ér)HSV 900粘結劑(jì)則(zé)在NCM顆粒(lì)的(dí)表麵形(xíng)成了一層多(duō)孔(kǒng)結(jié)構的PVDF膜(mó)
，這可能是(shì)由於HSV 900相對(duì)較(jiào)高(gāo)的分(fēn)子(zǐ)量限(xiàn)製了(liǎo)其(qí)在(zài)NCM顆(kē)粒表(biǎo)麵(miàn)的自由(yóu)流(liú)動。

對(duì)於(yú)粘(nián)結(jié)劑而(ér)言粘(nián)接(jiē)強(qiáng)度是(shì)一個非(fēi)常(cháng)重要(yào)的參數
，作(zuò)者(zhě)在這(zhè)裏采(cǎi)用剝離強(qiáng)度的方(fāng)法測量(liáng)了兩(liǎng)種粘結劑的粘接性能
，從下圖(tú)a能(néng)夠看到Alfa Aesar粘(nián)結(jié)劑(jì)的剝離強度要略高(gāo)於HSV900
，這(zhè)可能是(shì)由於(yú)Alfa Aesar粘(nián)結劑(jì)熔(róng)化(huà)後與Al箔之(zhī)間(jiān)形成了更大(dà)的接觸麵(miàn)積。

下(xià)圖a為(wéi)兩(liǎng)種PVDF粘(nián)結(jié)劑(jì)的循環性能測試(shì)曲(qū)綫（扣式電池）
，首(shǒu)先(xiān)進行(háng)了(liǎo)3次(cì)0.2C循(xún)環
，然(rán)後進(jìn)行了(liǎo)47次(cì)0.5C循環
，從(cóng)圖中能夠(gòu)看到雖(suī)然HSV 900粘(nián)結劑在粘接強(qiáng)度上要(yào)稍低於Alfa Aesar粘結(jié)劑
，但是對(duì)於NCM材料(liào)的(dí)容(róng)量發(fā)揮和循(xún)環性(xìng)能並沒有顯著的影響(xiǎng)
，在經過50此(cǐ)循(xún)環後Alfa Aesar和HSV 900粘結劑的容量保(bǎo)持率(shuài)分別為93%和91%。但(dàn)是(shì)兩(liǎng)者在(zài)倍率性能上(shàng)存在(zài)顯著(zhù)的差距
，在(zài)0.1C
，0.5C
，1C和(hé)5C倍(bèi)率(shuài)下HSV 900粘(nián)結(jié)劑(jì)的容量發揮(huī)分別為(wéi)160
，150
，139和(hé)82mAh/g
，而Alfa Aesar粘結劑的(dí)容(róng)量(liáng)發揮分(fēn)別為(wéi)159
，148
，133和27mAh/g
，可以看到在大倍率下(xià)HSV 900粘(nián)結劑具有明(míng)顯的(dí)優(yōu)勢(shì)。兩種(zhǒng)粘結劑對於(yú)NCM111材料(liào)倍率性能的影(yǐng)響機理(lǐ)可(kě)以從EIS譜圖上(shàng)進行分析(xī)
，從下圖(tú)c能夠看到HSV 900粘結(jié)劑的EIS半圓(yuán)直徑(jìng)要明顯(xiǎn)小於Alfa Aesar粘(nián)結劑
，表(biǎo)明HSV 900具有更小的(dí)電荷(hé)交(jiāo)換(huàn)阻抗
，這可能是(shì)由(yóu)於(yú)Alfa Aesar粘(nián)結劑在加(jiā)熱(rè)的(dí)過程中在(zài)NCM顆粒的(dí)表(biǎo)麵形成了(liǎo)一(yī)層均(jūn)匀的PVDF膜(mó)
，阻礙了(liǎo)Li+的(dí)擴散(sàn)
，但是(shì)HSV 900在NCM顆(kē)粒表麵形成的是(shì)一種疏鬆多(duō)孔的(dí)膜(mó)
，因此更(gēng)加(jiā)有(yǒu)利(lì)於(yú)Li+在NCM顆粒(lì)表麵發(fā)生電荷(hé)交換(huàn)
，提升(shēng)電(diàn)極(jí)的倍率性(xìng)能(néng)。

幹(gān)法電極(jí)工(gōng)藝(yì)不使(shǐ)用NMP溶(róng)劑(jì)
，不(bù)但大幅降低(dī)了鋰離子(zǐ)電(diàn)池的生產(chǎn)成本
，還有(yǒu)助(zhù)於提(tí)升(shēng)鋰離(lí)子(zǐ)電(diàn)池(chí)生產過程(chéng)中的綠色(sè)環保水平
，Ming Wang的(dí)研究(jiū)表(biǎo)明(míng)PVDF粘(nián)結(jié)劑的(dí)選(xuǎn)擇對於(yú)幹法電極生產工(gōng)藝至關重要
，大分子量的(dí)PVDF在(zài)NCM顆(kē)粒表(biǎo)麵形成的粘(nián)結劑(jì)膜(mó)疏(shū)鬆(sōng)多(duō)孔(kǒng)因此(cǐ)能(néng)夠(gòu)有效(xiào)降(jiàng)低NCM電極(jí)的(dí)電荷交換阻抗(kàng)
，提(tí)升(shēng)電極的倍(bèi)率(shuài)性(xìng)能。