- 南韓研究團隊研發雙重作用聚合物綁定劑，提升鋰離子電池性能。
- 新型綁定劑能解決厚電極製作中的綁定劑漂浮問題。
- 該綁定劑的粘合強度幾乎是傳統綁定劑的兩倍。
- 新技術可直接融入現有生產線，無需新設備。
一支來自南韓的研究團隊設計了一種雙重作用混合聚合物 (DHP) 綁定劑，專為厚膜鋰離子電池電極而設。成均館大學與首爾國立大學報告指出，這款新型綁定劑能提升鋰離子電池的能量密度，並延長整體壽命。該綁定劑解決了一個普遍存在的問題：在製作厚實、高容量的電極時，綁定劑漂浮並損壞電池性能。在測試中，這款綁定劑的粘合強度幾乎是傳統聚偏二氟乙烯 (PVDF) 綁定劑的兩倍。
厚電極製作的挑戰
DHP 混合聚合物綁定劑的結構及其保護電池電極的原理。圖片電動車的續航焦慮問題真實存在。為了將行駛範圍推向 400 英里以上，電池製造商一直在嘗試製作更厚的電極層。更厚的電極可以容納更多的高能量密度材料如鎳。然而，這個過程在乾燥過程中出現問題。當電池製造商應用液體混合物來構建厚電極時，標準的膠水，即聚偏二氟乙烯 (PVDF) 綁定劑，會浮到上面。隨著漿料的乾燥，綁定劑分佈不均，導致電極裂開、粉碎，無法有效導電。
這是一個長期困擾的障礙。這種方式構建的電池在經過幾次充電循環後迅速衰退。
成均館大學的首席研究員金基宰教授表示：「過去，增加電極的厚度和尺寸受到綁定劑和加工問題的限制，這影響了整體電池性能。我們通過有效結合氨綸和聚丙烯酸的優勢克服了這一障礙。」這一解決方案源自於將兩種具有相反特性的材料結合在一起：氨綸 (SPDX) 和聚丙烯酸 (PAA)，並將其稱為雙重作用混合聚合物 (DHP) 綁定劑。這款綁定劑能立即發揮作用。氨綸帶來靈活性，其高彈性賦予厚電極結構的韌性，使其能抵抗在壓力下斷裂或破損。
而聚丙烯酸則提供化學強度，並與內部電池組件形成緊密的分子鍵結。在初次充電循環期間，這種混合綁定劑還能自動形成特殊的鋰界面層，這一通道加速了鋰離子在密集材料中的移動。
新綁定劑的製造優勢
測試結果顯示出良好的前景。這種新型混合膠水提供的粘合強度幾乎是 PVDF 的兩倍。在使用商業級袋式電池的測試中，傳統的厚電池在約 95 次循環後就崩潰，而使用氨綸增強綁定劑的袋式電池在超過 200 次循環後仍保持 86.8% 的原始容量。值得注意的是，這一循環壽命的提升也增強了電池的操作壽命。對於汽車行業而言，最好的消息不僅在於這種綁定劑的功能，還在於其製造方式。
許多下一代電池的開發需要全新的工廠，這要求昂貴的乾加工設備或徹底的工具改造，而這款綁定劑不需要。它可以直接融入現有的濕法生產線，工廠所有者可在不購買任何新設備或暫停組裝的情況下更換化學膠水。
金教授總結道：「這種綁定劑技術對於行業來説是高度適應性的，因為它使用現有的濕法生產線，而無需採用最近受到關注的乾加工技術作為下一代電池製造方法。我們預期它將在延長下一代電動車的行駛範圍方面發揮關鍵作用。」這項研究結果已發表在《自然通訊》期刊上。
新綁定劑對電池行業的影響
這項研究展示了雙重作用聚合物綁定劑在鋰離子電池中的潛力，特別是在解決厚電極製作中的技術障礙。隨著電動車需求的增加，提升電池性能和壽命成為關鍵。這項技術不僅提高了電池的能量密度，還能在不需要昂貴設備的情況下，適應現有的生產流程，這對於整個電池行業來說具有重要意義，可能促進更廣泛的應用和技術轉型。