锂电池用水性聚氨酯黏结剂

一、项目简介

电极黏结剂是锂离子电池中重要的辅助功能材料之一，虽然本身没有容量，在电池中所占的比重也很小，但却是整个电极力学性能的主要来源，对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要的影响。随着国家对于环境保护和电池能量密度的要求不断提高，许多新型的黏结剂开始涌现。一方面，为了响应愈加严格的环保政策，水性黏结剂正逐渐成为研究的热点。而另一方面，为了进一步提高锂离子电池的能量密度，电池厂商也逐渐开始应用高镍正极材料和硅碳负极材料。虽然硅材料具有超高的理论比容量和较低的放电电势等优势，是极具潜力的负极材料。但是硅材料在嵌锂/脱锂的过程中的体积变化显著。巨大的体积变化导致活性物质颗粒出现破碎、滑移等现象，并最终导致电极粉化、容量降低、循环寿命缩短。

在研究和开发国产新型电极黏结剂的过程中，我们发现除了粘接能力之外，黏结剂的一些其他特性，如自修复能力、柔韧性、交联度、导电性，也会对电池的性能产生影响。本项目开发了一系列新型水性聚氨酯黏结剂体系（HUTB），通过聚合物中含有的氢键等自修复功能基团提升电极整体的力学强度，并有效解决电极粉化问题，提高电极寿命。HUTB生产过程简单，原材料成本低廉且易得，产品质量稳定，对电池循环稳定性提高显著。现已申请国家发明专利两项。

二、市场前景

目前得到广泛应用的锂离子电池黏结剂主要有三大类：聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡胶（SBR）乳液和羧甲基纤维素（CMC），此外以聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯作为主要成分的水性黏结剂也占有一定市场。国内使用的PVDF黏结剂主要由欧日厂商提供，而水性黏结剂SBR和CMC 则基本由日本厂商把持。就成本而言，HUTB系列黏结剂生产过程简单，原材料成本低廉且易得，产品质量稳定，预期价格也要低于进口同类材料；就适用范围和性能而言，本产品不仅可适用于目前常用的石墨碳负极电池，在硅碳电池、锡电池、锂-硫电池等新一代高容量电池体系中都具有明显的性能优势。

三、规模与投资

产品中试需中试反应釜一台（100升），市场价格约5万元。中试生产预期可实现年产量1吨左右。估计投资在20-40万元。

四、生产设备

产品中试生产需中试反应釜一台；放大生产可租用大体积反应釜（约6000/天）。

五、效益分析

锂电池水性黏结剂现市场价格约为260-300元/公斤（日本进口）。

本黏结剂产品主要原材料价格约为100~120元/公斤，因此最终黏结剂产品价格较进口同类产品稍低。

六、合作方式

可以以下两种方式进行：①合作中试及放大生产；②一次性买断。

七、图片

项目负责人：张效洁

所属学院：化工学院

联系电话：13843143643