快充技术如何影响电池材料？电解液、粘结剂和隔膜的关键作用

在快充技术的背景下，电池材料的性能和稳定性对于实现高效、安全的快速充电至关重要。本期文章主要介绍快充技术对电池材料的影响，着重探讨电解液、粘结剂和隔膜这几个组成部分的关键作用。

电解液

快充体系下新型锂盐LiFSI用量有望提升

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新型锂盐LiFSI被认为在快充电池领域替代LiPF6的锂盐最有潜力。

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它可以增加导电性并适应快速充电系统，因此对电解液的离子电导率和热稳定性提出了更高的要求。

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与其他锂盐（如LiPF6、LITFSI、LiCIO4和LiBF4）相比，LiFSI的电解液在以碳酸乙烯醋/碳酸甲乙醋（EC/EMC）为基础的常规电解液中具有更高的电导率，并且含有较低的氟含量，因此更环保。

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粘结剂

硅基负极带动PAA粘结剂渗透率提升

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硅基负极的膨胀性使得新型粘结剂PAA具有发展机遇。

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锂电池粘结剂是锂离子电池电极片中的重要组成材料之一，其作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体，以实现它们之间的整体连接性，从而减小电极的阻抗。粘结剂在锂离子电池材料中具有较高的技术含量。

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锂电池粘结剂主要分为油性和水性两类。油性粘结剂的典型代表是PVDF，而水性粘结剂的代表有CMC+SBR和PAA。

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PVDF是目前应用范围最广的粘结剂，2020年在国内的市场占比为54%，其他粘结剂的占比为46%。

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然而，PVDF是一种油性粘结剂，其使用的溶剂对环境有害，并且PVDF本身含有氟元素，容易与嵌锂石墨等发生反应。

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相比之下，CMC+SBR的黏附力有限。而新型粘结剂PAA由于具有以下优点而迎来发展机遇：

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1.PAA具有较强的黏附力：PAA的侧链含有较多基官能团，可以与负极活性材料表面的官能团形成氢键，从而将负极活性物质与集流体有效地连接在一起。

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2.PAA能够形成类似SEI（固体电解质界面）膜的包覆层与硅基负极发生反应，从而提高硅基负极的循环性能。

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近年来，国内粘结剂企业加快了对粘结剂的国产化替代进程。

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2021年，美国、日本和欧洲企业占据了超过90%的市场份额，主要厂商包括亚什兰、诺力昂、巴斯夫、瑞翁株式会社、A&L株式会社、JSR株式会社和大赛璐等。

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国内的粘结剂企业起步较晚，但近年来通过技术积累和配套原材料和设备的提升，逐步实现了国产替代。

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主要的国内企业包括菌地乐、深圳研一、晶瑞电材、松柏化工、金邦电源和重庆力宏等。

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在PAA方面，国内的技术迭代较快，主要企业有茵地乐（璞泰来控股）、深圳研一、蓝海黑石和回天新材等。

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隔膜

快充对性能的要求推动有机涂覆需求提升

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隔膜涂覆技术是一种提高隔膜性能的重要方法，可有效提高电池的安全性。

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传统隔膜材料如聚乙烯和聚丙烯在高温下容易发生热收缩，导致电池短路，从而引发安全问题。

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为了增强隔膜的热稳定性和综合性能，涂覆技术逐渐应用于锂电池生产中。

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隔膜涂覆技术通过在隔膜表面涂布特殊材料，提高了隔膜的热稳定性、拉伸强度和透气速率，从而提高了电池的安全性能。

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涂层材料主要分为无机材料和有机材料两种。

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无机材料，如Al2O3和勃姆石，具有良好的耐高温性能、吸液和保液能力，降低了热收缩率，有效提升了循环性能和安全性能。

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例如，在聚乙烯基膜上涂覆勃姆石后，热稳定性测试显示，当温度加热到170度时，涂覆膜几乎无收缩，而隔膜已发生明显形变。

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有机材料，如PVDF、PET、纤维素和芳纶，具有高粘结性和良好的吸液保液能力，降低了内阻，提高了电化学性能。

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通过在聚乙烯基膜上涂覆PVDF，可以形成大量微孔结构，提高电解液的保持率。

快速充电对隔膜性能提出了更高的要求，推动了对有机涂覆材料的需求增加。

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隔膜的性能对锂离子电池的容量、寿命、倍率性能等有着重要影响，包括锂离子扩散速度、电解液的保持性、系统内阻和电池界面结构的组成等方面。

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在快速充电系统下，与无机涂覆材料相比，有机涂覆材料在孔径大小、电解液浸润性和稳定性等方面表现出明显的优势。

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聚烯烃隔膜具有良好的机械强度和电化学稳定性，均匀的孔结构以及适宜的热闭孔性能。

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然而，由于聚烯烃材料本身具有疏液特性和低表面能，导致电解液的浸润性较差。另外，聚烯烃隔膜在高温下也会发生严重的收缩。

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相比之下，有机材料如PET和纤维素隔膜由直径为0.2-2微米的纤维交织堆叠而成，而芳纶隔膜由直径为2-4微米的纤维交织堆叠而成，具有较大的孔径，可为离子的快速迁移提供通道。

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此外，芳纶是极性材料，具有优异的耐高温性能和较高的破膜温度，从而提高了电池的安全性能。芳纶与电解液之间具有良好的浸润性，有利于电解液的吸收，因此容量衰减较慢。

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具有高电解液浸润性和吸液率的隔膜在锂离子电池中的应用可以提高电池的倍率性能和循环性能。

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