不同粘结剂对涂碳铝箔性能的影响
韦宗辰1,2，王胜杰1,2，邱诗铭1,2
（1.广西民族师范学院 化学与生物工程学院，广西 崇左 532200；2.广西锰资源高值化利用重点实验室，广西 崇左 532200）
摘要：研究了不同粘结剂对涂碳铝箔导电性能和粘结性能的影响。实验结果表明，粘结剂BS07（乳化剂含量6%）和CN07（乳化剂含量5%）的溶胀效果较好，其中粘结剂CN07的pH值更高，较好地改善了浆料稳定性。此外，粘结剂BP07（乳化剂含量8%）和CN07制作的涂碳铝箔剥离强度较好，更有利于磷酸铁锂涂层的吸附。而粘结剂CE07（乳化剂含量3%）配制的浆料稳定性较差。使用粘结剂CN07制作的涂碳铝箔面电阻更低，有利于降低电池极片的内阻。耐溶剂测试表明，各涂碳铝箔的耐电解液擦拭、耐电解液浸泡性能以及耐N-甲基吡咯烷酮(NMP)擦拭性能良好。外观测试表明，使用CN07粘结剂的涂碳铝箔涂层较均匀、细腻。粘结剂含量过高可能导致材料结构变得紧密，影响活性材料的利用率，增大电极电阻，从而影响电池的导电性能。但粘结剂含量过低可能会导致电极结构松散，影响电池的稳定性和寿命，同时可能导致电极脱落或损坏。CN07制备的电池容量最高且稳定。综上所述，使用粘结剂CN07的涂碳铝箔综合性能最佳，较好地改善了涂碳铝箔的导电性能和涂层的粘结性能。
关键词：涂碳铝箔；粘结剂；性能对比；导电浆料
涂碳铝箔是一种用于电池领域的导电材料，是一种由炭黑和高纯度铝箔混合而成的复合材料。涂碳铝箔通常具有良好的导电性能，较高的耐腐蚀性和较高的机械强度。涂碳铝箔可以作为正极、负极电极的当前集线器、汇流条等导电部件，并可与各种活性材料形成复合电极[1-2]。在电池领域中，涂碳铝箔的使用可以大大提高电池的性能和循环寿命[3]，因此受到广泛的应用。粘结剂是涂碳铝箔制备过程中不可或缺的一个因素，其具有使复合材料更均匀、稳定、强效和可复制等优势。不同类型的粘结剂会对涂碳铝箔的性能产生巨大的影响。聚合物粘结剂包括丙烯酸粘结剂、聚氨酯粘结剂、环氧树脂粘结剂等。这些聚合物粘结剂具有较好的粘结性能和电绝缘性能，同时具有耐腐蚀、耐高温等优良性能，因此在电池制造中得到广泛应用。谢等[4]以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙烯二醇(N220)、聚己二酸新戊二醇酯(PNA)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)为主要原料，制备了3种水性聚氨酯(WPU)粘结剂，结果显示以N220为软段的水性聚氨酯胶膜的拉伸强度为11 MPa，初始分解温度为273.6 ℃。并且以其作为粘结剂的电池在200次循环后容量保持率可达到97.7%，明显高于以PBA型(87.9%)、PNA型(84.1%)水性聚氨酯和聚偏氟乙烯(PVDF)(90.5%)为粘结剂的电池。李昊[5]以反应型乳化剂制备了自增稠型粘结剂ANC，以ANC为增稠剂制备的硅碳负极软包电池在1 C循环100次后仍有389 mAh的容量，容量保持率为91.12%，均高于羧甲基纤维素钠(CMC)的370.9 mAh和88.23%；高温储存性能方面，ANC电池在经历7×24 h的高温(60 ℃)储存后容量保持率和容量恢复率分别为92.6%和98.1%，均高于CMC的83.7%和90.8%；倍率性能方面，ANC电池在2 C和3 C下的放电容量分别为368.4和248.8 mAh，均略低于CMC的396.2和262.6 mAh。蔡勇杰[6]通过淀粉酶解引发聚合获得改性聚丙烯酸聚合物，将其与海藻酸钠进行热酯化，获得具有适宜三维网络结构的粘结剂材料，进一步装配的硅基扣式电池具有优异的电化学性能，在1 A/g下循环100次后的比容量为2 548 mAh/g，循环200次后阻抗由70 Ω上升至282 Ω，较未淀粉改性以及未交联改性组有可观的性能提高。将粘结剂应用在氧化亚硅/石墨复合电极上后，于0.5 A/g下循环300次，可逆比容量保持为426 mAh/g，平均每次循环容量下降率为0.08%。刘书剑[7]以丙烯酸(AA)、VTEO为主要材料，制备了聚丙烯酸-乙烯基三乙氧基硅烷(PAA-VTEO)二元三维网状结构粘结剂，在电化学性能测试中，PAA-VTEO粘结剂相比于传统水性粘结剂表现出了超高的循环稳定性和倍率性能。环氧树脂粘结剂是一种由环氧树脂基料、固化剂、稀释剂、促进剂和填料配制而成的工程胶粘剂。它具有粘接性能好、功能性好、价格较低、粘接工艺简便等特点，近几十年在家电、汽车、水利交通、电子电器和宇航工业领域得到了广泛的应用。聚氨酯粘结剂是一种常用的粘结剂，能够增强涂层的硬度和耐磨性，保证涂层表面的平整度和附着力[8]。聚氨酯粘结剂还可以提高涂碳铝箔的耐腐蚀性和防护性能，在特殊工业领域得到了广泛的应用。丙烯酸粘结剂是另一种常用的粘结剂，可以增强涂碳铝箔的耐久性和耐化学腐蚀性，提高涂层的附着力[9-11]。不同的丙烯酸粘结剂对涂碳铝箔的性能影响不同[12]，需要进行适量的添加。同时，丙烯酸粘结剂的质量和制备工艺也会对涂碳铝箔性能产生影响。粘结剂的选择和使用关系着涂碳铝箔的性能。选择适合的粘结剂、控制添加量，以及优化粘结剂的制备等都会对涂碳铝箔的性能产生影响。此外，原材料质量、涂覆工艺和采用的涂覆设备等因素也会对涂碳铝箔性能产生影响[13-16]。其中，乳化剂可以帮助聚丙烯酸等物质形成均匀的乳液，提高粘结剂涂布性和稳定性。乳化剂的用量可以根据实际情况进行调整[17]。乳化剂的用量过少可能会导致聚合物乳液的稳定性差，涂层施工困难等；乳化剂的用量过多则可能会造成粘结剂质量下降和生产成本上升。本文从涂碳铝箔的原材料之一的粘结剂入手，通过实验对比了乳化剂不同的四种粘结剂对涂碳铝箔性能改善的影响，分别对四种粘结剂的原胶性能、溶胶性能、配制的涂碳浆料性能以及涂碳铝箔性能的进行对比。1 实验
1.1 实验材料与仪器
实验仪器：搅拌罐(睿森 RS-CL)，分散式搅拌机(齐威 FS-400D)，砂磨机(莱宏 SMJ)，烤箱(尚仪 101-1A)，分析天平(Xingyun FA1004E)，拉力机(AIGU AXL-400)，刮板细度计(祈工 KEYU)，电阻仪(美瑞克 RK2681A)，粘度计(辰力科技 NDJ-1S)。实验试剂：粘结剂原胶(科密欧)，去离子水(普天宇信)，氢氧化钙(沪试，AR)，氢氧化钠(Hubio，1.0 mol/L)，导电炭黑(科琴黑，ECP-600JD)，电解液(沃特力)，胶带(3M 600)，N-甲基吡咯烷酮(NMP)试剂(麦克林阿丁，99.0%)。实验原材料如表1所示。
表1 实验材料 %
编号 | 粘结剂类型 | 乳化剂含量（质量分数） |
CN07 | 丙烯酸 | 5 |
CE07 | 丙烯酸 | 3 |
BS07 | 丙烯酸 | 6 |
BP07 | 丙烯酸 | 8 |
1.2实验方案及性能测定方法
1.2.1 粘结剂溶胶配制
将原胶加入适量的去离子水在分散式搅拌机下进行分散式搅拌，在600～800 r/min的转速下搅拌2 h，期间加入氢氧化钠和氢氧化钙一起搅拌，调整pH后的原胶可以进行浆料配制。1.2.2 导电炭黑浆料的配制
将调好的溶胶加入导电炭黑中在900～1 500 r/min的转速下搅拌2 h后停机，将初步完成搅拌的浆料转移到砂磨机中，转速保持在700～1 500 r/min，砂磨4～6遍即可完成对水性导电涂层浆料的制备。1.2.3 粘度
取350～450 mL待测样品使用转子（型号为S62）组装到粘度计上，打开粘度计电源，设置好转速(30 r/min)，启动转子即可；待仪表上的读数30 s内跳动不超过0.01 Pa·s，即可读数。1.2.4 pH值
取350～450 mL待测样品，将pH计插入待测液体，直到液体浸没测量线，轻轻搅动后静置，待仪表读数30 s内无变化，即可读数。1.2.5 固含量
取100 mL左右待测样品放入烧杯内，取3片100 cm²圆形铝箔并将其折叠成碗状容器，分别标上标记并用分析天平称量其质量，记为m1；使用胶头滴管分别吸取10 mL左右待测液置于3个容器中，再分别称量装有待测液容器的质量，记为m2；将称好质量的三个容器放入100 ℃以上的烤箱中，直至完全烤干后，拿出样品进行称重，记为m3。固含量=(m3－m1)/(m2－m1)×100%。1.2.6 溶胀度
使用胶头滴管吸取6 mL待测样置于离型纸容器内，放入烤箱中烘烤(70 ℃, 48 h)；待烘烤完成后，将样品和离型纸容器分离，使用分析天平称量烤干后样品的质量，记为m1；将测量完质量的样品置于电解液中浸泡并将其放入烤箱 (70 ℃, 48 h)内，再次放到分析天平中测量其质量，记为m2；则溶胀度=(m1－m2)/m1×100%。1.2.7 细度
取400～450 mL待测样品置于烧杯内，取出刮板细度计并放在水平、干燥的台面上，使用胶头滴管吸取1 mL待测样滴入沟槽最深部；将刮刀由最大刻度位置向最小刻度位置刮过，刮完后立即（不得超过5 s）使视线与沟槽平面成20°～30°角，对光观察沟槽中颗粒均匀显露处[18]，并记下相应的刻度值。1.2.8 涂布效果
目视外观：将涂碳铝箔放置在光照充足的地方，观察涂碳铝箔的外观是否有漏涂或者其他外观问题。视觉检测设备(CCD)外观：将涂碳铝箔成品放在CCD下观察，对比不同粘结剂涂碳铝箔成品的外观。扫描电子显微镜(SEM)外观：将涂碳铝箔进行SEM电镜扫描观察，对比不同粘结剂涂碳铝箔成品的外观。1.2.9 剥离强度
用取样器裁取待测样，然后将裁好的样片用制样装置和3M胶带制作成测试的样本，将样本固定在拉力机上，设置好拉力机的各项参数后即可进行测量，一般测量3～5个数据取平均值。1.2.10 面电阻
用取样器取25个圆形涂碳铝箔样片，调试好电阻仪的各项设置，逐一测量圆形样片电阻，测量完成后取平均值。1.2.11 涂层面密度
用取样器裁取3个100 cm2涂碳铝箔成品的圆形样片，放入分析天平中称重，记为m1，将称完质量的样片用清水冲洗表面的涂层，然后放入烤箱中烘干水分，再将其拿出放入分析天平中称重，记为m2。则涂层面密度=[(m1－m2)/3]×100%。1.2.12 耐NMP擦拭
用棉签沾NMP在涂碳铝箔成品上擦拭200次，观察涂层是否会擦掉，漏出基箔。1.2.13 耐电解液擦拭
用棉签沾电解液在涂碳铝箔成品上擦拭200次，观察涂层是否会擦掉，漏出基箔。1.2.14 耐电解液浸泡
将涂碳铝箔成品裁剪成合适的形状放到烧杯中，加入电解液浸泡，放入烤箱 (70 ℃, 48 h)中。浸泡完成后，观察涂碳铝箔表面的涂层是否有脱落。1.2.15 电化学性能循环测试
采用不同粘结剂涂碳铝箔制备成电池，用电化学形成，测试其5次、20次、50次、100次的充放电容量及效率。2 实验结果和数据分析
2.1 粘结剂原胶
粘结剂原胶的粘度是配制浆料的重要条件，粘度太低会导致浆料和铝箔的粘结力不足，粘度的标准要求是大于0.5 Pa·s；粘结剂原胶的pH对浆料的影响较小，后续的溶胶会调整pH值。粘结剂原胶的溶胀度关系到涂层对电池电解液的耐浸泡效果，因为电池的极片需要浸泡在电解液中，如果粘结剂原胶在电解液中的溶胀度较差，电池极片的酸铁锂涂层则会脱落，影响电池的寿命和容量。图1为各粘结剂红外光谱图，谱号CE01对应CE07粘结剂，G001对应CN07粘结剂，SF192对应BS07粘结剂，SF192P对应BP07粘结剂。通过图1可知，CE07、CN07、BS07、BP07粘结剂的图谱基本一致，都存在羧基（-COOH）和羟基(-OH)，但BP07在1041和1 086 cm－1处出现了新的峰，而且BP07在1 041 cm－1的峰代表苯环上的C-H弯曲振动，而1086 cm－1的峰代表羧酸的C=O伸缩振动。表2为原胶实验数据表。丙烯酸粘结剂的粘度会影响涂层的均匀度以及涂层与基材之间的结合强度。一般来说，如果丙烯酸粘结剂的粘度过高，涂层容易出现结块并且难以均匀涂布在基材上。同时，过高的粘度也会降低涂层与基材之间的结合强度，甚至导致涂层剥离。相反，如果丙烯酸粘结剂的粘度过低，涂层很容易流失，同样会导致涂层与基材之间的结合强度降低。因此，粘度适中的丙烯酸粘结剂可以使涂层均匀涂布在基材表面，同时保持涂层与基材的结合强度。根据表2可知，各粘结剂原胶的粘度均大于0.5 Pa·s，但BP07的粘度比其他粘结剂的粘度高很多。原胶的溶胀度越小，电池极片上的磷酸铁锂涂层更稳定，有利于改善电池的使用寿命和保持电池容量的稳定性。各粘结剂对电解液的溶胀性能都在标准范围内，但BS07和CN07对电解液的溶胀度较好。![]()
图1 各粘结剂红外光谱图(a)，AE01、CE01、G001红外光谱对比图(b)以及SF192P、SF192红外光谱对比图(c)
表2 原胶实验数据表
粘结剂 | 标准 | BS07 | BP07 | CE07 | CN07 |
粘度/(Pa·s) | 0.500～1.500 | 0.592 | 1.465 | 0.594 | 0.500 |
pH | 2.00～3.00 | 3.39 | 2.04 | 2.63 | 2.47 |
固含量/% | 25.00±1.00 | 25.20 | 21.87 | 25.40 | 24.70 |
溶胀度/% | ＜15.00 | 3.09 | 4.06 | 7.13 | 3.12 |
2.2 粘结剂溶胶
粘结剂溶液的pH值可以对导电炭黑浆料产生不同的影响。适当的pH值可以促进粘结剂与其他添加剂的交联和溶解，从而提高浆料的稳定性和附着力。但是，pH过高或过低会影响浆料的稳定性和流动性，并可能导致其他质量问题。表3为溶胶实验数据表。根据表3数据，可以看出溶胶步骤完成后，pH会控制在3.5～4之间，呈弱酸性。在导电炭黑浆料中，粘结剂溶液的pH值对浆料的黏稠度、导电性能和其他品质指标有直接的影响。因此，要根据具体情况选择合适的粘结剂和优化pH值来制备导电炭黑浆料，以保证其良好的稳定性和品质。表3 溶胶实验数据表
粘结剂 | 标准 | CE07 | BS07 | BP07 | CN07 |
粘度/(Pa·s) | 0.600～1.500 | 0.989 | 0.856 | 2.007 | 0.700 |
pH | 3.00～4.00 | 3.71 | 3.87 | 3.91 | 4.02 |
固含量/% | 22.00±1.00 | 21.63 | 22.01 | 18.43 | 23.40 |
2.3 导电炭黑浆料
表4为各浆料静置相关数据表，图2为浆料静置固含量变化曲线。根据表4、图2可知，浆料静置14 d，BP07、CN07、BS07、CE07的表层和底层固含量的百分比差值为0.98%、0.99%、1.44%、1.56%，可知浆料BP07和CN07的稳定性能较好。浆料在静置条件下的稳定性好是因为粘结剂的作用，粘结剂可以增加浆料中固体颗粒之间的黏着力，从而防止固体颗粒沉淀或分散不均。粘结剂还可以形成一层保护膜，防止固体颗粒受潮、氧化等[11]。因此，在导电炭黑浆料中添加适量的粘结剂能够提高其稳定性，并且使其在长时间的静置过程中保持均匀稳定的状态。浆料的稳定性直接影响涂碳铝箔生产的时间成本和利润。通过对比可知，浆料的pH和细度不会随放置时间而发生较大变化，但是浆料的粘度会随着放置时间的增加而逐渐下降。由于颗粒沉降和固液分离，浆料的固相和液相之间出现分层现象，导致浆料中颗粒分布不均，从而出现粘度变化。随着时间的推移，水分的蒸发、溶质的结晶以及化学反应等因素可能引起浆料中成分的变化，导致浆料粘度的改变。此外，浆料中添加的某些化学物质也可能会引起粘度变化。例如，表面活性剂、缓冲剂和聚合物等可以影响浆料的表面张力和粘度。综合以上分析，粘结剂CN07配制的浆料稳定性较好，粘结剂CE07配制的浆料稳定性较差。表4 各浆料静置相关数据表
静置天数/d | 1 | 3 | 7 | 14 |
CE07粘度/(Pa·s) | 0.051 6 | 0.051 4 | 0.045 8 | 0.041 0 |
CN07粘度/(Pa·s) | 0.055 8 | 0.055 4 | 0.054 2 | 0.052 8 |
BS07粘度/(Pa·s) | 0.052 0 | 0.050 7 | 0.048 6 | 0.048 6 |
BP07粘度/(Pa·s) | 0.069 6 | 0.068 4 | 0.066 4 | 0.059 8 |
CE07 pH | 4.22 | 4.23 | 4.22 | 4.22 |
CN07 pH | 4.26 | 4.26 | 4.27 | 4.27 |
BS07 pH | 4.22 | 4.22 | 4.24 | 4.24 |
BP07 pH | 4.43 | 4.45 | 4.44 | 4.44 |
CE07细度/μm | 5 | 5 | 5 | 5 |
CN07细度/μm | 5 | 5 | 5 | 5 |
BS07细度/μm | 5 | 5 | 5 | 5 |
BP07细度/μm | 7.5 | 7.5 | 7.5 | 7.5 |
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图2 浆料静置固含量变化曲线
2.4 涂碳铝箔
涂碳铝箔的制作过程是将配制好的导电炭黑浆料均匀地涂覆在铝箔表面，再经过烘箱的烘烤使浆料牢固地附着在铝箔表面。涂碳铝箔的使用对电池容量、电压等没有明显影响，但提高了极片浆料的粘结性，使得极片边缘更加平整，极片不易脱粉，减少了电芯层间不良极粉的引入，这有利于改善电池外观及其性能[19]。涂碳铝箔的剥离强度直接影响磷酸铁锂涂层在涂碳铝箔表面的粘结性，剥离强度越高，对应的极片粘结性就越好。涂碳铝箔的面电阻会影响电池极片的内阻，涂碳铝箔的面电阻阻值越低，越有利于降低电池内阻。涂碳铝箔的涂层面密度会影响极片的厚度和质量，极片的厚度和质量较大可能会造成电池的体积比能量及质量比能量较低。表5为涂碳铝箔成品实验性能数据表，图3为不同浆料涂碳铝箔面电阻数据箱线图。对比表5、图3数据可知，使用粘结剂BP07和CN07制作的涂碳铝箔剥离强度较好，更有利于磷酸铁锂涂层的吸附，同时CN07的面电阻也更低，更有利于降低电池极片的内阻。表5 涂碳铝箔成品实验性能数据表
编号 | CE07 | BS07 | BP07 | CN07 |
剥离强度/(N·cm－1) | 2.78 | 2.98 | 3.72 | 4.18 |
面电阻/mΩ | 3.04 | 2.18 | 2.31 | 1.87 |
涂层面密度/(g·m－2) | 1.56 | 1.56 | 1.47 | 1.39 |
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图3 不同浆料涂碳铝箔面电阻数据箱线图
图4为各涂碳铝箔的SEM图，图5为各涂碳铝箔的表面结构对比图，图6为各涂碳铝箔手撕剥离强度图。根据图4～图6可知，通过各涂碳铝箔的CCD外观和各涂碳铝箔SEM图片，可以看出明显差异，使用CN07粘结剂的涂碳铝箔在CCD下的外观和在SEM下的外观涂层都相对较均匀，使用其他粘结剂制成的涂碳铝箔在CCD下的外观和在SEM下的涂层都有明显缺陷点。但是，各涂碳层都有共同的特征：炭黑颗粒团聚在铝箔表面，在铝箔表面平铺展开，但并未实现完全覆盖，仍留有铝箔与活性物质的接触点位。此设计的优点有：粘结剂不导电，炭黑颗粒与箔材间靠粘结剂连接，如果涂层完全覆盖，炭黑颗粒会阻隔在磷酸铁锂颗粒与箔材之间，对导电性会有负面影响；相反合适的留白区域使磷酸铁锂颗粒与箔材直接接触，导电性能更好，涂层中炭黑颗粒填充在磷酸铁锂颗粒与箔材之间的三角区域，增加了箔材与活性材料颗粒之间的接触面积，从而降低接触内阻，提升粘结力。涂碳铝箔改善了活性材料与铝箔的接触方式，有弹性的涂碳层缓解了活性材料颗粒与箔材的应力，提升了材料的附着力，并有效填充在球形颗粒与箔材未直接接触的缝隙，提升了导电能力。![]()
（a）CN07
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（b）CE07
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（c）BP07
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（d）BS07
图4 各涂碳铝箔的SEM图
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（a）BP07 （b）BS07 （c）CE07 （d）CN07
图5 CCD下各涂碳铝箔的表面结构对比图
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（a）BP07 （b）BS07 （c）CE07 （d）CN07
图6 各涂碳铝箔手撕剥离强度图
涂碳铝箔的耐NMP、耐电解液擦拭性能和耐电解液浸泡性能是其在电池领域应用的重要考虑因素之一。NMP是电池生产过程中一种广泛使用的溶剂，但其具有强烈的腐蚀性，会破坏一些电池材料。因此，导电涂层应具有耐NMP性能，以保证其在使用过程中不受到腐蚀。具体而言，涂碳铝箔需要经过适当的表面涂层、氧化或其他表面处理方法提高其表面耐腐蚀性和耐化学品性质，从而保证在NMP溶剂中的稳定性和耐久性。电池生产过程中难免会有一些电解液残留在涂层表面，如果涂层没有足够的耐擦拭性能，可能会引起涂层的剥落。因此，涂碳铝箔需要具备良好的耐擦拭性能，以满足电池生产的需求。对于耐电解液浸泡性能而言，涂层需要具有足够的密封性和耐化学性能，以确保在浸泡电解液时不发生涂层剥落或腐蚀。各涂碳铝箔耐NMP擦拭性能和耐电解液擦拭性能如图7～8所示。![]()
（a）BP07 （b）BS07 （c）CE07 （d）CN07
图7 各涂碳铝箔耐NMP擦拭性能
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（a）BP07 （b）BS07 （c）CE07 （d）CN07
图8 各涂碳铝箔耐电解液擦拭性能
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图9 不同粘结剂制备的电池电化学性能图
图9为不同粘结剂制备的电池电化学性能图，表6为不同粘结剂制备的电池电化学性能数据表。从图9可以观察到，BP07、CN07、BS07、CE07分别循环5次、20次、50次、100次，四种电极都表现出优异的循环性能，观察表6可以看到，BP07放电比容量比充电比容量高，说明制备出的电池物料反应不充分。经过100次循环后，BP07、CN07、BS07、CE07相对于首次放电比容量都具有较高的容量保持率，电化学性能都呈逐渐上升的趋势，说明制备出的电池物料反应不充分，而其中CN07的曲线则比较平稳且比容量最高，100次循环后达到180 mAh/g，比其他电池比容量高出近30%～50%。表6 不同粘结剂制备的电池电化学性能数据
编号 | 循环次数 | 充电比容量/(mAh·g－1) | 放电比容量/(mAh·g－1) | 效率/% | 容量保持率/% |
BP07 | 5 | 91.2 | 100.9 | 110.70 | 112.59 |
20 | 112.1 | 113.9 | 101.58 | 127.03 |
50 | 123.6 | 124.1 | 100.43 | 138.51 |
100 | 126.4 | 126.8 | 100.30 | 141.48 |
CN07 | 5 | 161.1 | 164.2 | 101.92 | 98.95 |
20 | 175.6 | 174.0 | 99.09 | 104.86 |
50 | 181.2 | 179.4 | 99.04 | 108.14 |
100 | 182.9 | 180.5 | 99.24 | 108.80 |
BS07 | 5 | 116.2 | 116.9 | 100.60 | 99.26 |
20 | 122.9 | 122.4 | 99.60 | 103.94 |
50 | 129.8 | 127.9 | 98.59 | 108.64 |
100 | 127.3 | 126.8 | 99.59 | 107.68 |
CE07 | 5 | 122.9 | 123.9 | 100.83 | 97.41 |
20 | 143.4 | 143.3 | 99.95 | 112.61 |
50 | 155.1 | 153.9 | 99.17 | 120.92 |
100 | 161.0 | 158.8 | 98.59 | 124.77 |
3 结果与讨论
本文系统性地对比了四种粘结剂的原胶、溶胶以及配制形成的浆料和制作的涂碳铝箔各项性能参数，并分析了各项性能对电池磷酸铁锂极片的影响。实验研究表明，粘结剂BS07和CN07浸泡电解液后的溶胀度分别为3.09%和3.12%，粘结剂CN07形成溶胶后的pH为4.02，比其他粘结剂溶胶后的pH高，会更好地改善浆料的稳定性。粘结剂BP07、CN07配制的浆料在静置14 d后的表底层固含量百分比差值分别为0.98%、0.99%，浆料稳定性较好，说明粘结剂CN07对碳粉的吸附效果更好，而粘结剂CE07配制的浆料在静置14 d后的表底层固含量百分比差值为1.56%，浆料稳定性较差。对样品进行剥离强度测试，使用粘结剂BP07和CN07制作的涂碳铝箔剥离强度分别为3.72和4.18 N/cm，剥离强度较好，更有利于磷酸铁锂涂层的吸附，同时使用粘结剂CN07制作的涂碳铝箔的面电阻为1.87 mΩ，比其他涂碳铝箔更低，更有利于降低电池极片的内阻。对比可知，不同粘结剂对涂碳铝箔的剥离强度影响不同。在涂布过程中，粘结剂将碳纤维和铝箔牢固地粘合在一起，形成坚固的复合材料。这样可以有效地防止铝箔与碳纤维之间的剥离，提高涂碳铝箔的稳定性和安全性。对样品进行耐溶剂测试发现，各涂碳铝箔的耐电解液擦拭、耐电解液浸泡性能以及耐NMP擦拭性能良好，有利于改善电池的使用寿命，涂层的表面耐化学性、耐划伤性和耐磨损性等良好。由样品的CCD和SEM测试可知，使用CN07粘结剂的涂碳铝箔的涂层较均匀、细腻，使用其他粘结剂制成的涂碳铝箔都有明显缺陷点，涂层均匀、细腻可以提高电池的循环寿命、容量保持率和倍率性能，从而提高电池的整体性能。对样品制备成的电池进行电化学性能测试，循环100次后，BP07、CN07、BS07、CE07相对于首次放电比容量都具有较高的容量保持率，电化学性能都呈逐渐上升的趋势，说明制备出的电池物料反应不充分，其中CN07的曲线比较平稳且比容量最高，100次循环后达到180 mAh/g，比其他电池比容量高出近30%～50%。综合研究结果表明，使用粘结剂CN07的涂碳铝箔剥离强度较好，涂层面电阻较低，涂层外观较均匀细腻，对涂碳铝箔的导电性能和涂层的粘结性能改善效果最好。参考文献：
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