鋰電池用粘接劑用量不足10％，但作為關鍵輔助材料之一，已然成為重要的研究方向之一。傳統的鋰電池粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)電化學性質穩定，但存在明顯缺陷：

①通過－F與其他組分顆粒形成氫鍵實現粘接，粘接效果較弱；

②阻塞電極孔隙，減少了與電解液可接觸的表面積，限制電池的離子導電性；

③和金屬鋰或LiC_x發生反應放出的反應熱是無氟粘接劑的2倍，易導致熱失控；

④在醚類有機電解液中易發生溶脹溶解，導致內阻增大；

⑤需溶解在成本高且有毒的有機溶劑N－甲基吡咯烷酮(NMP)中，且電極制備過程去除NMP需要高溫，會產生新的副反應。

由于PVDF的這些缺陷，近年來人們探索開發了大量天然的 、合成的水溶性粘接劑應用于鋰離子電池，如聚丙烯酸(PAA) 及其鹽類。

該聚合物屬于高分子聚電解質，含有豐富的極性官能團，在有機電解質 中不溶解性以及高的化學穩定性和機械穩定性使其具有優異的電化學性能，可廣泛應用于鋰電池不同結構部位，是一種綠色環保 、高性能 、可持續發展的粘接劑 。

本文綜述了近年來國內外丙烯酸類粘接劑在鋰電池硅陽極、硫陰極、過渡金屬鹽類及氧化物正極、聚合物電解質以及隔膜改性方面的發展和應用研究現狀 ，并總結了聚丙烯酸類粘接劑的優缺點及未來發展方向。

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在鋰電池負極材料方面，硅的理論比容量高溫4200mA·g－1和室溫3580mA·g－1，比石墨高出一個數量級，脫鋰電位低(＜0．5V)，環境友好，儲量豐富，但其商業化應用最大的挑戰在于電池循環充放電過程中，硅的電導率相對較低，Li＋嵌入脫嵌過程體積變化較大。

大量研究應用主要通過①引入機械緩沖基質；②形成可容納硅膨脹的空間來實現抑制硅的大體積變化，而通過粘接劑的應用優化硅電極性能工藝操作簡單、成本相對較低。

如圖1所示，400mA·g－1 ，0．01~1．5V條件下，Si－PVA－g－10PAA首次電荷容量3260．5mA·g－1，初始庫侖效率為82．4％，1000次循環后仍保留1315．8mA·g－1的充電容量。

聚丙烯酸豐富的羧基能夠通過氫鍵、共價鍵的方式與電極硅表面的羥基發生相互作用，從而緩解硅體積膨脹帶來的負面影響。

但由于聚丙烯酸呈線性結構，韌性較差，對體積膨脹的抑制有限，故還需引入第二組分提高韌性或交聯形成三維網絡結構提高機械強度，以應對硅陽極長時間循環或高負載條件下的大體積形變。

另外，基于制漿工藝和粘接劑電化學性能、電池內部環境的考量，聚丙烯酸酯類聚合物在使用前通常還需用堿滴定至pH值約等于7。

鋰硫電池能量密度達2600W·h·kg－1，硫元素儲量豐富，被認為是下一代電池最有希望的候選之一。但也存在一些缺點影響鋰硫電池的實際應用：

一、硫的導電性差，電導率僅為5×10^－30S·cm^－1，體積能量密度較低；

二、放電產物多硫化物(Li_xS_y)在電解液中高度溶解，在陰極和陽極之間遷移，產生“穿梭效應”，導致電池的自放電和低倍率性能。

因此抑制多硫化物遷移以及優化陰極結構對提高鋰硫電池性能具有重要意義。

LiPAA在有機電解質中較好的化學穩定性以及較強的聚硫親和力使得電池電化學性能重復性最高，比容量衰減幅度最小，速率性能更好。

如圖2所示，C／10倍率條件下，隨循環次數增加，用LiPAA做粘接劑的鋰硫電池表現出更優異的性能。

丙烯酸類聚合物在Li－S電池方面廣泛的應用研究得益于：

①極性基團與活性材料、集電器之間產生的物理化學作用，使得具有優異的粘接性能，保持電極完整；

②豐富的含氧官能團如羧基、酯、醚等，捕獲可溶性多硫化物中的正電端Li＋，對LixSy產生強有力的吸附，有效抑制“穿梭效應”；

③水溶性，綠色環保。進一步地，合成分子間共價交聯或離子交聯的三維網絡結構丙烯酸酯聚合物有助于高負載硫陰極的穩定，而不同極性官能團的合理組合來加強對LixSy的約束同樣具有巨大的發展潛力。

過渡金屬鹽類磷酸鐵鋰(LiFePO₄)理論容量約170mAh·g^－1，其主要優勢在于安全性高，即使電池內部或外部受到傷害，也不燃燒不爆炸，且不含任何對人體有害的重金屬元素；耐高溫，電熱峰值可達350~500℃；壽命長，100％DOD條件下，可以充放電2000次以上，多用于動力電池。

但LiFePO4導電性較差，Li＋擴散速度慢，振實密度較低，實際比容量較低，約為理論比容量的85％，在溫度較高時會發生鐵溶出現象影響其循環性能。

聚丙烯酸類粘接劑用于過渡金屬鹽類、氧化物類電極具有諸多優勢：

1、電化學穩定性好，能提供良好的粘接性能以保證電極循環過程的完整性和結構穩定；

2、可形成穩定的CEI，有效降低與電解質液的副反應的發生以及抑制過渡金屬的遷移；

3、具有較低的成本和明顯的環保優勢，發展潛力巨大。

但形成穩定的CEI往往會消耗一部分活性鋰，可以在聚丙烯酸酯中引入Li＋，通過H＋／Li＋可逆交換反應有效補充鋰源。

聚合物電解質有望取代有機電解液加隔膜的方式實現離子傳導，極大程度上改善鋰電池安全性能，電化學穩定好，充放電過程能有效適應電極的體積變化，但大部分離子電導率較低。

而聚丙烯酸酯聚合物用作固體電解質的優勢在于通過H＋／Li＋可逆交換反應或Li＋與含氧基團發生絡合與解絡合促進Li＋的遷移，具有較好的Li＋傳輸能力，從而使得聚合物電解質具有較高的離子電導率。

聚丙烯酸酯聚合物合成制備工藝簡單：

1、丙烯酸可與高介電常數單體共聚，進一步提高溶解鋰鹽的能力；

2、可與低Tg單體共聚，獲得更佳的韌性和成膜性能；

3、通過共價鍵、離子鍵等方式形成交聯結構，提供更好的機械性能、吸液和保液能力以及熱穩定性，從而同時使電池獲得更優的電化學性能與安全性能。

隔膜對提高電池的綜合性能的提升具有至關重要的作用，商用隔膜大多為聚烯烴隔膜，耐熱性差，穿刺強度低，主要通過研究高性能薄膜基體、多層結構、表面接枝以及涂覆改性優化隔膜性能。

隔膜表面涂覆無機納米粒子漿料是市場上最為常用的隔膜處理方式，隔膜表面涂覆改性用粘接劑，如PVDF、CMC等用于電池隔膜之后會使透氣性降低，通常只對電池隔膜進行部分涂覆以保證Li＋傳遞，但未涂覆部分的熱性能和力學性能會受到影響，存在一定的安全隱患。

將丙烯酸類聚合物應用于隔膜涂覆改性，再配合使用無機納米粒子，可以提高隔膜熱穩定性和抵抗鋰枝晶穿刺的能力。

鋰電池粘結劑最初僅用于將活性物質、導電劑、集流體等粘接在一起保持電池循環過程電極的整體性，到發展具有抑制電極體積變化、形成鈍化保護層、高離子電導率、提供額外鋰源、具有化學功能性、環境友好等多功能的粘接劑體系已成為趨勢。

丙烯酸類聚合物含有密集的極性官能團，用作電極粘接劑時與活性材料、導電顆粒以及集流體均有較好的黏附能力，在有機電解質中不溶解性、高的化學穩定性以及較好的鋰離子傳輸能力使其具有優異的電化學性能。

同時，丙烯酸類聚合物合成制備工藝簡單，可靈活設計其化學組成和分子結構從而獲得多功能性，具有水溶性，綠色環保，可應用于鋰電池不同材料結構中以及鋰電池回收領域，具有巨大的發展潛力。

參考資料：《丙烯酸類聚合物在鋰電池中的應用研究進展》；毛家容，賈其凡，趙芯，陳寶書，趙天寶；西華大學材料科學與工程學院，成都６１００３９?

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