- 新型雙作用混合聚合物粘合劑可提升鋰電池能量密度及壽命。
- 該粘合劑解決了厚電極製作中粘合劑漂浮的問題。
- 混合粘合劑在充電循環中顯示出優越的粘附強度及壽命。
- 此技術可直接應用於現有的濕法生產線，無需新設備。
來自韓國的研究團隊設計了一種雙作用混合聚合物（Dual-Acting Hybrid Polymer，簡稱 DHP）粘合劑，專為厚膜鋰離子電池電極而設。成均館大學和首爾國立大學報告指出，這種新型粘合劑不僅提升了鋰離子電池的能量密度，還延長了其整體使用壽命。此技術解決了在為電動車和智能手機製作更厚、更高容量電極時，粘合劑漂浮並損害電池性能的常見問題。在測試中，這種粘合劑的粘附強度幾乎是傳統聚偏氟乙烯（PVDF）粘合劑的兩倍。
粘合劑的結構與原理
DHP 混合聚合物粘合劑的結構及其保護電池電極的原理。電動車的行駛距離焦慮問題確實存在。為了將行駛距離推向 400 英里以上，電池製造商一直在努力使電極層變得更厚。更厚的電極能夠容納更多的高能量密度材料，例如鎳。然而，這一過程在乾燥時會出現問題。當電池製造商將液態混合物應用於構建厚電極時，標準的聚偏氟乙烯（PVDF）粘合劑會浮到表面。隨著漿料乾燥，粘合劑分佈不均，導致電極出現裂紋、崩解，無法正常導電。
這是一個長期存在的障礙。這種方式製造的電池在經過幾次充電循環後迅速退化。
成均館大學的首席研究員金基宰（Ki-Jae Kim）教授解釋道：「以往，增加電極的厚度和尺寸受到粘合劑和加工問題的限制，這妨礙了整體電池性能。我們通過有效結合氨綸（spandex）和聚丙烯酸（poly(acrylic acid)）的優勢來克服這一障礙。」這一解決方案來自於將兩種具有相反特性的材料結合起來：氨綸（SPDX）和聚丙烯酸（PAA），因此被稱為雙作用混合聚合物（DHP）粘合劑。
這種粘合劑可即時發揮作用。氨綸提供靈活性，其高彈性使厚電極在受壓時具備結構韌性，避免斷裂或破裂。聚丙烯酸則提供化學強度，與內部電池組件形成緊密的分子鍵。
粘合劑的性能與壽命
在初始充電循環中，這種混合粘合劑還能自發形成一層特殊的鋰界面層，這一層可加速鋰離子通過密集材料的運動。測試結果顯示，新型混合粘合劑的粘附強度幾乎是 PVDF 的兩倍。在使用商業級袋式電池的測試中，傳統的厚電池在大約 95 次循環後崩潰。相對而言，使用氨綸混合粘合劑的袋式電池在超過 200 次循環後仍維持了 86.8% 的原始容量。值得注意的是，這一循環壽命的提升增強了電池的操作壽命。
對於汽車行業來説，最令人振奮的消息不僅在於粘合劑的性能，還在於其製造方式。許多下一代電池的發展要求全新工廠，這需要昂貴的乾燥加工設備或徹底的工具改造。而這種粘合劑則不需要。它可直接適用於現有的濕法生產線。工廠所有者可以在不購買任何新設備或暫停生產的情況下更換化學粘合劑。金基宰教授總結道：「這種粘合劑技術對行業具有高度適應性，因為它利用現有的濕法生產線，而無需採用近期受到關注的乾法加工技術。
我們預計它將在延長下一代電動車的行駛距離方面發揮關鍵作用。」該研究結果已發表在《自然通訊》期刊上。
新型粘合劑對電動車的影響
這項研究的突破性在於開發出一種能有效解決厚電極製作問題的粘合劑，對於提升鋰電池性能至關重要。隨著電動車需求的增加，延長電池壽命和提高能量密度成為行業的迫切需求。這種粘合劑不僅提升了電池的操作壽命，還能在現有生產線上使用，降低了轉型成本。這意味著，未來電動車的行駛距離有望顯著提升，對於推動電動車的普及具有重要意義。