SBR作为锂离子电池的辅材之一，虽然用量极少 （仅用于石墨负极材料的匀浆和涂布），但是不可或缺的组成部分。极片涂布过程中因为烘干速度溶剂的挥发影响SBR的迁移，造成SBR不同的分布状态，形成的浆料和极片微观结构都有大的差异，形成的微观结构也直接影响到电池的性能。
SBR使用不合理，会造成极片微观结构差异，影响石墨负极粘结性能，在辊压时容易出现黏辊；影响石墨负极与铜箔之间的粘结性能，极片在电池充放电过程中容易极化，引起负极掉料降低电池的使用寿命。因此对SBR正确的认识、分析SBR对锂电池性能的影响，合理使用SBR对锂离子电池有重要的意义。首先了解一下SBR在浆料中如何才能起到黏接剂的作用。只有石墨和炭黑颗粒均匀分散在浆料和极片中，锂离子电池才能表现出较好的性能。石墨和炭黑颗粒因为都是表面疏水性、非极性，没有添加剂其在水中发生聚集不能分散。石墨负极与炭黑分散时以阴离子分散剂为主，以非离子分散剂为辅，可以取得稳定的分散体系，一般负极石墨负极选用SBR和CMC两者协同作为黏结剂，CMC称为增稠剂，SBR称为黏结剂。选用SBR和CMC两者协同作为黏结剂的原因：1）SBR黏结性虽然很强，但不能长时间高速搅拌。如果匀浆时加入SBR后再长时间的搅拌，SBR容易破乳，因其结构遭到破坏而降低了黏结性，一般SBR选择在搅拌后期加入低速搅拌，浆料配备后如果不能进行涂布，需要低速搅拌代替静置。另外SBR分散效果不好，过多的SBR会产生较大溶胀，所以不单独用SBR作为黏结剂。2）CMC对于负极石墨的分散能够起到很好的作用。CMC在水溶液中会分解，其分解产物将在石墨表面吸附，吸附后石墨颗粒因静电而相互排斥，达到很好分散效果。当 CMC的比例很高时，多出来CMC没有吸附到石墨颗粒表面，这些CMC结合导致相互之间的引力大于吸附后石墨颗粒之间的斥力，形成的石墨颗粒团聚。CMC呈脆性，如果黏结剂只用CMC配备石墨负极浆料，在后序制片过程中，辊压时石墨负极会出现塌陷，分切时出现严重的掉粉。3）匀浆工艺中CMC和SBR合理比例混合可以互相弥补缺陷，因而石墨负极浆料具有良好的涂布性能。CMC和SBR与石墨、炭黑之间的配比需要通过一系列的试验数据，然后选择优化的配比方案。另外CMC和SBR混合的方式及搅拌工艺也对浆料性能产生影响，这些都需要时间过程中通过试验数据摸索稳定的工艺，其中SBR主要起黏结、CMC起增稠作用。不同的CMC/SBR/石墨/炭黑都需要优化工艺来获得最佳的浆料性能。从电池负极的组成来看，石墨约用96份、SBR约用1.5～2.3份，但是石墨的比表面积是最小的，SBR膜覆盖在石墨颗粒的表面，以及存在与石墨颗粒的中间，SBR之间形成连接网络起到桥梁作用。同时SBR颗粒只有150nm左右单独SBR颗粒没有连接力，在浆料中只有很多SBR结合在一起形成SBR膜，才能形成连接力对石墨负极颗粒起到黏结的作用。SBR更多的连接是点对点的连接，把石墨与石墨中间、石墨和碳黑、石墨和铜箔联结在一起。1）当浆料里只有低含量的CMC没有SBR时，石墨颗粒在匀浆过程成中团聚而不能很好的分散。2）加入CMC与石墨比例适中时，加入1.0%～4.5％的SBR到浆料里，由SBR吸附在石墨表面使石墨颗粒分散而浆料的黏度和模量都会降低。3）当CMC为0.7％～1.0％时浆料表现黏弹性，连续加入SBR也不会改变浆料的流变特性。SBR和CMC同时加入和先加CMC随后加入SBR两种混合方式进行对比，结果表明，石墨在浆料分散中CMC起了主导作用，CMC优先与石墨颗粒表面吸附。总之，当CMC添加量很低时，SBR加入会吸附在石墨颗粒表面，对石墨的分散有一定的影响；随着CMC添加量的增加石墨表面的吸附量也增加，SBR就不能吸附在石墨表面，进而对石墨的分散起不到作用；当CMC达到一定量以后，多余的没能吸附在石墨表面的CMC结合导致引力大于斥力，这样会形成的石墨颗粒之间的团聚。因此，在石墨负极浆料的分散中CMC起到了很关键的作用。1）涂布工序时，极片烤箱温度设置太高，负极片烘烤得相对较快，因溶剂蒸发过快导致SBR迁移大部分带到极片表面，表面SBR浓度明显增高，形成表面黏性大于铜箔与负极材料之间黏性的极片微观结构，容易导致辊压机形成黏辊，导致因为黏辊脱落的颗粒掉落在极片上。可以通过我们调整涂布的烘干及抽风频率的设置，更好控制涂布机的运行抑制SBR迁移，优化涂布烘烤干燥曲线。2）SBR连接力不够，浆料中SBR含量偏少，导致活性物质之间黏结力不足，与箔片接结合力不足，当辊压时（与触其它物质接触时），有立刻脱离黏到其它物体上的趋势。水性负极浆料的话可以考虑下CMC和SBR的比例，太少肯定黏不好，可以调整控制SBR的存储膜量和黏弹性来改善黏辊性能。3）在制浆时出现SBR漂蓝上浮情况，涂布后会使SBR的浓度分布不均，活性物质与箔材之间的黏接性变差，辊压时就容易黏辊。主要措施：制浆后减少静置时间，或可用低速搅拌代替静置；通过不同工艺调整石墨－CMC－SBR搅拌方式及配比，依据试验数据选择匹配的石墨－CMC－SBR工艺方案；也可选择特殊改性的SBR，使其表面官能团和CMC形成更好的相互作用，减少SBR漂蓝的现象。锂离子电池在制作过程中严格控制水分，提高电芯干燥温度是降低水分的主要途径。在电芯烘烤干燥过程中，黏结剂会高温下受热，不同性能的黏结剂可能会引发可交联基团发生交联的现象，从而影响电极性能。因此研究电芯干燥对黏结剂性能的影响也是十分重要的。有试验分析了水性黏结剂LA132和SBR的热性能，温度过高时LA132会发生分子间交联，导致活性物质同集流体的黏接性受到破坏电池循环性能变差，其干燥温度不宜高120℃，而使用SBR的极片，性能几乎不受干燥温度的影响，SBR受热不发生交联，剥离强度都维持在3.5N/mm左右。低温条件下锂离子电池的阻抗RB、RSEI和RCT随着温度的下降都会上升，但是RCT的上升幅度最大。如果可以降低低温条件下的RCT，就有可能提升电池的低温性能。SBR的因素而减少低温条件下电池RCT的增长幅度，SBR的应用就能够有效的提升电池的低温特性。充电过程中，SBR的膜覆盖石墨一定的比表面积，锂离子在传输过程中有效的嵌入石墨的方式是绕过SBR膜到达石墨表面。电解液是锂电池中正负极之间锂离子传输的运动载体，电解液和SBR润湿性能越好，越有利于锂离子在界面之间的传导。不同SBR与相同电解液润湿是不同的。选用不同SBR的低温电池放电数据显示，润湿性能好SBR的比一般SBR有4％的提升，而0℃下电池DCR比一般SBR低15％。虽然选用接触比小的SBR提升电池性能幅度没有其他途径大，但是对于SBR来说，对电池性能影响是明显的提高。石墨负极极片经常遇到掉料、厚度反弹大等问题。负极极片膨胀对电池的循环性能、内阻等具有重要的影响，所以我们需要了解黏结剂SBR对负极极片膨胀的影响。负极极片的反弹主要与材料的物理性质有关系，例如弹性模量、断裂强度、延伸率等等。CMC在负极浆料中主要起到增稠的作用，SBR起到了较强的黏结作用，也正是因为 SBR的高弹性，在辊压过程后，负极片会有较大程度的厚度反弹。SBR的弹性模量和强度越高，负极膨胀率越低。试验表明：负极膨胀与辊压时所受压力以及黏结剂弹性模量和强度有关。SBR含量相同，辊压时所受压力相同，SBR弹性模量和强度越高，负极膨胀率越低；SBR含量越少，辊压时所受压力越小，前期的物理搁置、满电态和空电态的膨胀率就越小；负极膨胀导致电池卷芯变形，影响锂离子传输通道，进而对电池循环性能产生严重影响。SBR的弹性模量影响极片的反弹，弹性模量越大极片厚度反弹越小。在电池材料选型时要优先挑选弹性模量大、断裂强度高的黏结剂，在材料配比调整过程中尽量降低SBR，这样可以提高电池的循环寿命。综上所述，锂离子电池制造过程中浆料工序通过SBR优化的设计，在特定条件改善SBR在极片中的微观结构，在压实的过程中提升SBR的储能膜量，通过这个来提升减缓SBR引起的黏辊。通过提升电解液对SBR的浸润性提升电池的低温性能。SBR合成工艺采用不同的手段，对SBR采用不同的合成单体，通过SBR表面的调整使SBR具有不同的性能，包括解耦、凝胶等方面都有调整，这样不同的SBR会表现不同的对电解液的浸润性，对提升锂电池的低温性能有一定的帮助。在锂离子电池中SBR的作用好似 “四两拨千斤”，虽然SBR用量很少但是对整体性能起到关键作用。SBR用量太少容易造成极片黏结力低，在辊压过程中易掉料、黏辊等，对于电池的后期性能也是不利的。在锂电池制造过程中人们提高对SBR的重视，探索出与CMC、石墨负极合理的配比及工艺，才能在锂离子电池性能上充分发挥作用。本文来源于：锂电前沿，文献参考：孙仲振. SBR在锂离子电池中的影响[J]. 云南化工, 2020, 47(9):3.
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