負極膠！ 水性丙烯酸酯膠黏劑PAA實現鋰離子電池超級快充與超長續航

新能源車和手機廠商現在都在拼命提升与竞争。電池的續航力和充電速度，近兩年「矽基負極」技術就越來越熱門。 不過這個技術目前還在快速發展階段，而且市場和研發中心基本上全在中國，這就讓國內廠商處在了技術前沿位置。

這次回天推出的PAA負極膠，為「矽基負極」電池量身開發了全新方案

核心提示

矽基負極是鉀離子電池實現超級快充與超長續航的關鍵技術，但是矽基負極在充電時會發生劇烈膨脹進而引發開裂風險

為此材料大廠回天新材開發出全新解決方案一1206L PAA負極膠!

01從「麒麟」到「青海湖

從年初至今產業鏈巨頭們的種種動向來看，當初被Tesla 4680動力電池炒熱的「矽基負極」貌似要在中國率先實現大規模商用了!

其中最先發力的是產業鏈上游的回天新材，春節剛過他們發布了一款用於矽基負極粘接的全新"負極膠"方案一一

1206L水性丙烯酸黏合劑!

這款負極膠的出現，可說為接下來登場的數款重量級「矽基負極」電池來了一波預熱!

好消息是在今年4月16日，寧德時代「麒麟電池」終於搭乘吉利汽車的重磅純電MPV極氮009正式開啟了交付!

除了創新的第三代CTP技術之外，這款電池還首次採用了「矽基負極」技術，這讓其電池容量一舉突破了140KWh大關，輕鬆拿下大中型MPV純電續航里程822公里的 世界紀錄!

時間來到7月12號，在消費電子領域備受關注的榮耀「青海湖電池」也正式發布了!

因為這塊電池同樣採用了「矽基負極」技術，所以它的能量密度也同樣實現了 極大的提升一雖然其電量高達5000mAh，但是電池體積卻逆向壓縮到了普通名片大小。

這直接幫助榮耀的新折疊螢幕手機榮耀V Purse一舉拿下「全球最薄」的頭街，在9月1日開幕的IFA2023德國柏林消費電子展上出盡了風頭!

那麼「矽基負極」究竟是一種什麼技術，為什麼它的出現就能讓鯉電池的性能出現如此大幅的提升呢?

02矽基負極的”PAA負極膠

其實實用"負極膠"來對抗「矽基負極」膨脹的思路非常簡單的

既然負極材料本身就是靠著「負極膠」黏成一體，那麼只要提升「負極膠」的黏接性能自然也就能夠有效緩解「矽基負極」因為膨脹產生的一系列問題了!

最早實踐這個想法的是鯉電池巨頭松下公司，他們在2010年成功開發出了世界首款商業化的「矽基負極」電池，並且在2015年將這項技術規模化地應用在了特斯拉 Model 3的2170電池上。

雖然松下一直沒有披露是如何解決“矽基負極”的膨脹問題，但是通過查詢專利可以發現，松下專門為這種電池挑選了一種PAA (聚丙烯酸) 體系的”負極膠”!

因為PAA (聚丙烯酸)材料的特徵是分子鏈中含有大量的羧基，而「矽」材料的表面往往含有大量輕基，二者相遇之後就能形成足夠多的酯鍵及氫鍵結構，這 就讓「矽基負極「材料之間的黏接強度有了充分保障!

反觀「石墨負極」一直以來使用的「負極膠「基本上就是PVDF「和SBR之類的橡膠材料

它們的黏接力更多來自於相對較弱“范德華力”，因此當遇到“矽基負極”巨大的體積膨脹時自然就會敗下陣來。

至於PAA負極膠相較於傳統的SBR負極膠究竟具備多大的優勢，有研究人員專門做過100次充放電循環測試。

發現相較於SBR負極膠的拉胯，使用了PAA負極膠的「矽基負極」自始至終都保持了形態的完整!

不過研究人員也發現，PAA負極膠在分子結構上其實也存在bug一一

由於PAA的分子是線性長鏈的結構，當「矽基負極」的充放電循環次數過多，PAA分子鏈就會出現「手滑」纏不住的情況

也就是說，PAA負極膠雖然已經有效改善了「矽基負極」膨脹的開裂問題，但實際上仍存在巨大的改進空間!

於是為了進一步提升PAA負極膠的性能，材料大廠回天新材出手了!針對這個情況他們開發出了一款全新的升級版PAA負極膠一一

1206L水性丙烯酸黏合劑!

03升級版PAA負極膠－回天1206L

圍繞著如何進一步提升PAA負極膠的黏接性能，回天的工程師從兩個方向入手展開了工作

一個是建構起PAA分子鏈的3D網路結構;而另一個則是提高分子量!

方向一: 建構3D網絡

要說這個方向的思路非常簡單直接一一既然線性分子鏈容易“手滑”纏不住，那就用“交聯劑”將它們彼此連接成一個立體的”網絡”!

如此一來即便出現了大幅膨脹，材料之間也始終能保持位置的相對穩定，那麼"矽基負極"的微觀結構自然也就保住了!

說到這裡我們要給回天工程師的觀察力點個讚一

他們注意到電池負極在繞捲入殼之後需要經過一個真空烘烤的環節，這個時間長達6小時，而且期間的溫度可以達到90 ~ 120°C。

於是他們就專門選擇了一款需要加熱才能與PAA發生反應的“交聯劑”，這就有效再利用了烘乾工序的能量與時間，在不增加用戶使用成本的情況下讓1206L負極膠具備 了更好的機械性質!

從最終的效果來看，這種具備3D網路結構的PAA負極膠有效保障了「矽基負極」在充放電循環只中的性能

相較之下，傳統的線性結構PAA負極膠從第50次循環開始其電容量就呈現了下降趨勢!

方向二:提高分子量

我們知道，高分子材料的分子量對於機械強度的影響非常大，因此只要大幅提高PAA負極膠的分子量，就能更有效地應對「矽基負極」的膨脹。

先前有研究人員就專門對分子量分別為45萬g/mol和125萬g/mol的兩組PAA負極膠進行了對比測試，發現負極膠的分子量越大，用它粘出來的負極機械性能越好 。

但問題是，分子量變大也意味著黏度上升

就例如這次實驗中用到的PAA負極膠，雖然分子量125萬g/mol的PAA#2機械性能更好，但是它的初始狀態極其粘稠，幾乎喪失了流動性!

使用這種高黏度PAA負極膠很難讓負極材料實現均勻的塗佈，最終會導致負極材料出現明顯的結塊團聚。

結果就是電池內阻偏高，嚴重影響電池的容量及發熱量!

而回天1206L負極膠竟然解決了這個矛盾一

它的分子量高達100萬g/mol (PDI<2)，相較於目前主流的PAA負極膠提升了30%;

但是黏度維持在了15000~ 25000cps的範圍，這就在不影響負極材料塗佈效果的前提下，大幅提升了負極膠的黏接性能!

綜上所述，憑藉3D網絡分子結構，高達100萬g/mol的分子量，回天1206L成功幫助矽基負極」獲得了更好的機械性能與循環電性能

從麒麟電池，到青海湖電池，「矽基負極」技術讓我們看到了鯉電池產品性能升級的新希望!

而回天1206L負極膠的出現，不僅讓「矽基負極」的早日大規模普及更進一步，更是一個中國材料產業自主創新與穩步向前的又一個例證了吧