Los electrodos de las baterías de iones de litio se componen principalmente de sustancias activas. aglutinantes, agentes conductores y colectores de corriente. Aunque el contenido de aglutinantes y agentes conductores es muy bajo, son cruciales para el rendimiento de las baterías de iones de litio. La función principal del aglutinante es unir partículas sólidas, como sustancias activas y agentes conductores, en un todo y al mismo tiempo adherir el recubrimiento del electrodo al colector de corriente.

Las funciones del adhesivo incluyen.

Proporcionar estabilidad mecánica. mantenga la estructura y los cambios de volumen de los materiales activos de los electrodos positivos y negativos durante los procesos de carga y descarga, evite que los materiales activos se caigan. Y mejorar la estabilidad cíclica de las placas de electrodos.

Reduzca la resistencia interna de la batería, mezcle con conductividad, forme una red de agente conductor y proporcione la conducción de electrones requerida dentro del electrodo:

Mejore la capacidad de humectación del electrolito, adsorba el electrolito y promueva la transferencia de iones de litio en la interfaz del electrolito del electrodo.

Requisitos de rendimiento para aglutinantes de baterías de litio.

Rendimiento adhesivo: El adhesivo debe tener características tales como buen rendimiento adhesivo, alta resistencia a la tracción, buena flexibilidad y módulo de Young bajo para proporcionar suficiente fuerza adhesiva, asegurando que durante la producción y el uso de la batería (almacenamiento, ciclos) no habrá ningún adhesivo activo. materiales que se caen del electrodo durante la expansión y contracción repetidas. y la unión entre las partículas de los electrodos no se dañará:

Estabilidad química y estabilidad electroquímica : en condiciones de alto potencial a largo plazo (aglutinante de electrodo positivo) o de bajo potencial (aglutinante de electrodo negativo), el aglutinante del electrodo positivo no debe oxidarse en condiciones de alta presión, y el aglutinante del electrodo negativo debe no  reducirse en condiciones de baja presión; Durante el almacenamiento y el ciclo (carga y descarga de la batería), el aglutinante no tiene reacciones secundarias con materiales activos, Li y otras sustancias.

 Compatibilidad del electrolito: insoluble en solución electrolítica o con bajo coeficiente de hinchamiento, no sufre reacciones químicas con el electrolito y mantiene estabilidad en la forma, estructura y propiedades del electrolito:

Rendimiento del procesamiento: buena dispersión en el medio de la suspensión, lo que favorece la unión uniforme de la sustancia activa al colector de corriente y puede proporcionar un buen rendimiento de procesamiento para la suspensión, el electrodo y la batería:

Rendimiento dinámico: tiene poco impacto sobre los efectos negativos de la conducción de electrones e iones en el electrodo.

Los adhesivos comunes utilizados en los electrodos de las baterías de iones de litio incluyen PVDF , PTFE, poli (ácido acrílico) (PAA), caucho de estireno butadieno ( SBR ) y óxido de polietileno (PEO). carboximetilcelulosa de sodio (CMC) y alginato. El equipo de investigación dirigido por Yu Xiqian del Instituto de Física del Centro Nacional de Investigación de Física de la Materia Condensada de la Academia China de Ciencias en Beijing comparó los parámetros de rendimiento de aglutinantes de uso común (PVDF, PTFE, PAA, SBR, PEOCMC , Aginate).

Las propiedades básicas de estos adhesivos, incluidas las propiedades mecánicas de tracción y compresión, la resistencia adhesiva y las propiedades térmicas, se resumen en las Tablas 1, 2, 3 y 4, respectivamente.

   Comparando la adhesión, resistencia a la tracción, elasticidad, conductividad iónica hinchable, estabilidad térmica y estabilidad a la oxidación de estos siete adhesivos comunes. su desempeño fue evaluado y comparado, como se muestra en la Figura 1. El PVDF exhibe un mejor desempeño general que otros aglutinantes. El PVDF es un polímero importante y su principal método de fabricación a gran escala es la polimerización en emulsión o suspensión utilizando monómeros, tensioactivos e iniciadores de fluoruro de vinilideno . En comparación con el etileno, el átomo de H en el PVDF es parcialmente reemplazado por el átomo de F, lo que da como resultado una mayor estabilidad química, electroquímica y térmica del PVDF. La ventana electroquímica del PVDF es de aproximadamente 5 V y la temperatura de descomposición térmica puede alcanzar hasta 400 c . Además, la estructura molecular del PV DF favorece la formación de enlaces de hidrógeno. Lo que puede garantizar una buena mecánica . y fuerza adhesiva a través de fuerzas de van der Waals e interacciones de enlaces de hidrógeno con cadenas de polímeros o superficies adhesivas entre moléculas. En comparación con el politetrafluoroetileno (PTFE) completamente fluorado, el PVDF presenta una mayor resistencia a la tracción y adhesión. Además, el PVDF tiene buen comportamiento de hinchamiento y cristalinidad, por lo que puede proporcionar una buena conductividad iónica después de absorber electrolitos . Sin embargo, debido a la baja densidad de la nube de electrones y la polarizabilidad del  PVDF , la interacción de la fuerza de Vander Waals entre el PVDF y otras moléculas es relativamente débil . lo cual es insuficiente para la adhesión de electrodos cargados de altísima calidad (>20 mgcm2) y también difícil de adaptar a los grandes cambios de volumen de los electrodos. La forma perfluorada de PTFE exhibe propiedades extremadamente desequilibradas y el adhesivo de PTFE contiene unidades CF2-CF2, lo que exhibe una estabilidad química ideal. Entre estos aglutinantes, la estabilidad mecánica y oxidativa son las mejores, pero la adherencia y la conductividad son deficientes. La fuerza de cohesión entre cadenas adyacentes en cristales hexagonales de PTFE es baja, lo que facilita el deslizamiento a lo largo del eje de la cadena (el eje c del vástago del sistema hexagonal ) . Por lo tanto. cuando se aplica una carga de corte al cristal de PTFE, se produce un deslizamiento del cristal a lo largo del eje c y la forma del cristal de PTFE cambia, formando una estructura de nanofibras de alta relación de aspecto con un diámetro de fibra de sólo unos pocos nanómetros y una longitud de varios decenas de micrómetros. Formando una red tridimensional.

estructura, el material activo y el negro de humo se agregan juntos. Por lo tanto, el PTFE se utiliza a menudo en procesos de electrodos secos.

En términos de propiedades mecánicas, PAA, CMC y alginato no son tan buenos como PVDF, pero son solubles en agua y ricos en grupos carboxilo o hidroxilo, lo que ayuda a formar una adhesión más fuerte. El SBR tiene una elasticidad muy alta y generalmente se mezcla con CMC para compensar las deficiencias de cada uno. CMC es un ácido débil de múltiples componentes que puede disociarse para formar grupos funcionales de anión carboxilato. Los grupos carboxilato libres pueden interactuar con los grupos hidroxilo en la superficie de materiales como el silicio/carbono para formar una red de fase de gel de carbono ideal en el electrodo. Además, el CMC tiene un bajo coste, buena estabilidad térmica y es respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, los aglutinantes CMC a base de agua tienen una gran rigidez y fragilidad. Después del secado al vacío, se pueden ver claramente grietas en la superficie de los electrodos con CMC como aglutinante, lo que puede incluso causar espacios entre el recubrimiento del material del electrodo y el colector de corriente, lo que resulta en un "desprendimiento de material" del electrodo. Para resolver este problema, el caucho de butadieno estireno (SBR) se utiliza a menudo como aditivo elástico para el aglutinante CMC. La adición de SBR puede reducir eficazmente la fragilidad del electrodo. El ánodo de Si que utiliza un aglutinante compuesto SBR-CMC muestra un módulo de Young más pequeño, un mayor alargamiento máximo y una mayor fuerza de adhesión al colector. El PEO tiene una excelente conductividad iónica, pero su resistencia a la oxidación es pobre en condiciones de alto voltaje .