干货分享 | 水性锂电胶中的SBR与PAA：你知道它们的秘密吗？

随着电子产品、移动设备、人工智能、新能源汽车、区块链、5G等前沿科技的迅猛发展，移动电源及储能电池在电子设备领域的应用日益广泛，市场潜力和发展前景巨大。其中，锂离子电池凭借其卓越的高能量密度、出色的充放电性能以及长循环寿命等优势，已成为高效、稳定的能量储存解决方案。

锂电池市场需求持续增长，市场前景广阔。在技术不断突破的市场环境下，锂电池的产品附加值稳步提升，这也推动了其相关辅材，尤其是锂电胶黏剂的深入研发与优化。锂电胶黏剂在锂电池制造过程中占据重要位置，其性能对锂电池的整体性能和安全性有着直接影响。因此，对锂电胶黏剂的研究与开发具有重要意义，对提升锂电池整体性能具有关键作用。

锂电胶作为电极活性材料的关键连接媒介，其核心功能在于将正负极材料与导电剂紧密而牢固地粘结在金属集流体之上。这种粘结不仅增强了活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的物理接触，确保了电子的顺畅传输，还稳定了极片的结构，从而构筑了电池正负极极片的基础框架。

胶黏剂的性能直接关系到电池的内阻、循环寿命、能量密度以及高温稳定性等多项关键指标。因此，在电池制造过程中，选择合适的胶黏剂产品成为了提升电池整体性能的关键步骤。通过精心挑选和优化胶黏剂，我们可以有效地改善电池的各项性能，进而提升电池的整体表现和使用寿命。

锂电胶根据分散介质的性质，可分为水性胶黏剂和油性胶黏剂两类，常见的胶黏剂如下图所示。

锂电胶常见胶黏剂

相较于油性胶黏剂，水性胶黏剂凭借其环保、低成本和更高的使用安全性，正逐步获得广泛应用。当前，锂离子电池负极材料以石墨类为主，其中丁苯乳液（SBR）/羟甲基纤维素（CMC）因其出色的粘弹性和分散性，在石墨类负极的规模化生产中占据了重要地位。然而，硅基材料比石墨类材料的容量优势明显，具备广阔的市场潜力。硅基负极的高膨胀率使得传统CMC-SBR胶黏剂难以充分发挥其性能优势，因其粘附性相对较弱。

为解决这一难题，一种新型负极粘结剂PAA应运而生。PAA不仅易于合成，且能溶于水和多种有机溶剂，展现出高粘接性、低用量、高首效以及低反弹等卓越性能。随着技术的不断发展，PAA在负极材料市场中的占有率正逐年攀升。

本文重点介绍了负极胶中广泛应用的丁苯乳液（SBR）以及新兴产品聚丙烯酸胶（PAA），旨在探讨它们在锂电池负极材料中的应用及其性能优势。

01

丁苯树脂（SBR）

丁苯树脂（SBR）是由丁二烯与苯乙烯共聚合成的高聚物，分子链中既有刚性苯环结构、也有柔性的丁二烯结构，其理论结构如下图所示。

丁苯树脂的理论结构

丁苯树脂具有很高的粘结强度以及良好的机械稳定性和可操作性，用在电池业作为粘结剂，粘结剂效果良好，质量稳定。

SBR胶的优点：

01

耐强碱能力，保护锂电池材料免受碱性环境的侵蚀；

02

透气性好，有利于锂电池内部的气体交换，提高锂电池的循环寿命；

03

粘结性强，提高锂电池的稳定性；

04

耐老化性强，可延长锂电池的使用寿命。

丁苯乳液常见组成成分及常见成分包括分析手段如上图所示，主要包括合成单体、功能单体、交联单体、引发剂、乳化剂、链转移剂等，微谱可通过FTIR、NMR、GC-MS、Py-GCMS、MS等多仪器手段逆向解析，还原丁苯乳液的配方分析。

其中，丁二烯和苯乙烯的配比是影响SBR性能的重要因素，不同配比的丁二烯和苯乙烯会影响SBR链段的运动能力以及黏结性。其中丁二烯的加成方式分为1,3-顺式丁二烯、1,3-反式丁二烯以及1,2-乙烯基末端。下图为丁苯树脂的核磁共振波谱图的氢谱，可通过聚合物的结构解析，分析出丁二烯的不同加成方式及其摩尔比。

丁苯树脂的1H-NMR谱图

02

聚丙烯酸（PAA）

随着新能源车快速发展，快充技术发展和续航里程焦虑、4680大圆柱电池带动硅基负极在动力市场需求上量。研究表明，PAA的粘附性更强，逐渐兴起的硅基负极更适合用PAA类新型粘结剂。

PAA及其盐是一种水溶性链状聚合物，能与金属离子、钙、镁等形成稳定的化合物，对颗粒的锚固程度更高，电极片的内聚力强，有利于结构稳定，对集流体有良好的粘结效果。

PAA与（CMC+SBR）的分子微观理论图

PAA粘接剂特点与优势：

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含有较多的羧基，与硅颗粒形成氢键作用，赋予较强的结合力；

02

体积热膨胀系数较小，热扩散系数大，缓解硅基材料体积膨胀，

可形成均匀类似SEI膜的包覆层，抑制电解液的分解，降低电极的阻抗。

03

Li化后的PAA即LiPAA具有更加优异的性能，可以有效提高负极材料容量、降低阻抗、改善长循环特性，提高循环库伦效率。

PAA的主要组成：

PAA主要合成单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈等，在谱图分析中可通过红外谱仪（FTIR）、核磁共振波谱仪（NMR）、热裂解-气相质谱联用仪（Py-GCMS）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）等手段定性定量PAA的合成单体及其全成分配方解析，还原生产工艺等。

如下图为PAA胶黏剂的红外光谱图（FTIR）和核磁共振波谱图——氢谱（NMR），可通过特征官能团的振动峰（化学位移）判断合成单体的信息，也可通过振动峰（化学位移）的强弱进行相对定量，实现多谱图仪器手段针对PAA材料进行产品的逆向解析，加速国产锂电胶研发进程。

PAA干膜的红外谱图

PAA原样的H-NMR谱图

在国内外对可再生能源的狂热追求下，锂电池作为关键的能源存储媒介，其重要性愈发不容忽视。尤其是对高性能、高稳定性储能材料的不懈追求，让锂离子电池面临着更为严格的性能挑战。与此同时，随着绿色、环保和可持续发展的理念日益深入人心，环保型水性锂电池胶的市场潜力正逐步显现，并有望成为行业的新宠。

展望未来，水性锂电胶（SBR/PAA）的发展趋势将呈现以下特点：

1

SBR开发功能性粘接剂是当下新的研究热点，SBR采用功能性单体或功能型树脂交联聚合，增加成膜的交联度，可提高锂电胶与石墨基、硅基材料的附着力和交联程度；调整聚合工艺改性，优化SBR合成单体的接枝方式；

2

PAA与其他材料形成交联粘接剂是新突破点，PAA-CMC交联粘结剂、PAA-PVA交联粘结剂、PAA-PANI交联粘结剂、EDTA-PAA粘结剂等在三维共价交联聚合物的探索性尝试，使复合粘结剂与硅表面形成多点相互作用，有效防止硅颗粒的脱离，进一步提升电池循环稳定性，是新型粘接剂的进一步研究方向。

微谱在锂电胶分析领域凭借深厚的谱图研究经验和持续的技术创新，正积极引领锂电胶水油体系的逆向解析潮流。我们致力于助力国产企业研发，成为推动产业发展的强大助力。微谱将始终与您携手同行，紧密关注新能源领域的行业动态，共同探索锂电胶在消费、动力和储能电池领域的未来发展趋势。 如有需求，敬请咨询！

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