PVDF锂电池粘结剂详解：
PVDF锂电池粘结剂合成方法主要有悬浮聚合和乳液聚合两种。
1、乳液聚合
乳液聚合体系主要有单体、引发剂、水、乳化剂四个基本成分组成。
引发剂主要有两类:无机过氧化物(过硫酸盐等)、有机过氧化物(烷基过氧化物等)、烷基过氧化碳酸酯、偶氮化合物也可引发PVDF聚合。有机过氧化物引发制得的PVDF含有非离子化端基，比由过硫酸盐引发的PVDF有较好的热稳定性，二异丙基过氧化二碳酸酯(IPP)是工业卜-常用的偏氟乙烯引发剂。
引发剂的用量对聚合速率及聚合物性能影响很大，合适的引发剂浓度能够提供有效的高活性自由基浓度，来实现预期的聚合速率。引发剂浓度过高会对聚合物的热稳定性造成不利影响，特别是熔融速率、伸长率和聚合物的产量三个参数受到的影响最大。随着引发剂用量增大，产生的初级自由基也越多，引发聚合的速度也就越大:但引发剂用量太大时，产生的初级自由基太多，引发聚合的速率很快，自由基终止的机会也多，聚合反应不平稳，产量下降，聚合物的性能也变差。
乳液聚合工艺如下所示:
先将高压釜抽真空、充氮排氧，重复多次，严格排净微量的氧。吸人一定量的去离子水和一定量的引发剂、助剂，压入少量VDF单体。加热至反应温度，随着反应进行，保持釜内压力，不断补加VDF单体至单体槽压几乎无变化时结束反应。将未反应的单体同收重复利用，聚合物经过凝聚(破乳)、洗涤、干燥得到产品PVDF。乳液聚合的优点:聚合速率快，同时产物分子量高，可在较高温度下聚合;直接应用胶乳的场合，如水乳漆、粘结剂等，更宜采用乳液聚合。乳液聚合的缺点:需要固体聚合物时，乳液需经破乳(凝聚)、洗涤、脱水、干燥等工序，生产成本较悬浮聚合高;产品中留有乳化剂等，难以完全除尽，有损电性能。
2、悬浮聚合
悬浮聚合制备PVDF的工艺流程说明如下:在配有搅拌的不锈钢高压釜内加入一定量的去离子水和分散剂，密闭反应釜，抽真空，用氮气置换，再抽真空，充人氮气，压力略高于大气压。搅拌，升温至50℃，压力到3.5MPa。加入部分单体及相应量的引发剂和其他助剂，聚合反应开始。继续以一定速率加入单体和相应比例引发剂及其他助剂，维持温度及压力，直到单体加完，压力降到2.8MPa，停止搅拌，反应结束。进行后处理。聚合物收率一般848wt%~94.7wt%。
悬浮聚合的优点:与乳液聚合相比，悬浮聚合物上吸附的分散剂量少，有些容易脱除，产物含有较少的杂质;后处理工序比乳液聚合简单，生产成本较低粒状树脂可以直接用来加工。悬浮聚合的缺点:聚合周期长，装置生产率较低。
PVDF锂离子电池对粘接剂的要求：
(1)在干燥和除水过程中加热到130-180℃情况下能保持热稳定性;
(2)能被有机电解液所润湿;
(3)具有良好的加工性能;(4)不易燃烧;
(5)对电解液中的LICLO、LIPF等以及副产物LIOH，LI2C0,等稳定;(6)具有比较高的电子离子导电性;(7)用量少，价格低廉;
粘结剂的结构与性能关系
粘结剂又称粘合剂、胶黏剂和粘着剂等，一般为高分子聚合物。粘结剂是化学电源正负极的重要组成部分，对电极乃至整个电池的性能，如容量、循环寿命、内阻、快速充电时的内压等都有很大的影响。
在电极的制作中，粘结剂的选用是很关键的，其性能的优劣直接影响电极性能的好坏。对使用的粘结剂一般要求欧姆电阻小，在电解液中性能稳定，不膨胀、不松散、不脱粉。聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)，是锂离子电池电极材料常用的粘结剂。
一般而言，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，在一定程度上影响了电池性能的好坏;而粘结剂的各种特性又是由其本身的分子结构决定的。因此，从粘结剂分子结构出发，探讨结构与性能的关系，对于选择和改善粘结剂，提高电池的综合性能，具有现实的意义。
1.相对分子质量
一般说来，粘结剂相对分子质量较低时，具有较低的熔点、较小的粘度，虽然能与活性物质较好地粘附，但粘结力不高。粘结剂的相对分子质量较大时，在有机溶剂中较难溶解，熔点、粘度都较高，有较大的粘结力(跟内聚力有关)，但没有足够的粘附性能。因此，要选择相对分子质量合适的粘结剂，才能既有良好的粘附性又有良好的粘结力。
2.柔韧性
粘结剂的柔韧性反应了大分子链运动的难易程度。粘结剂的分子链上的取代基团极性越大，相互作用力越大，分子链运动受阻，则柔韧性差，极性取代基团越多，柔韧性越差，如PTFE、FEP。对于非极性取代基来说，基团体积越大，空间位阻越大，分子链运动越困难，柔韧性越差。大分子链上侧链的长短也对粘结剂的柔韧性有明显的影响。直链状的侧链在一定范围内随着链长的增大，粘结剂柔韧性增加;
3亲水性和耐碱性(针对水溶液电池而言)
一般来说，含有非极性取代基团的粘结剂与含有极性取代基团的粘结剂相比，耐碱性和憎水性都较强。取代基团的极性越大，耐碱性和憎水性越差。但为了保证粘结剂有适当的亲水性，可以引入一些碱性的极性基团，如羟基、异氰酸根、氨基等，既可提高粘结剂的耐碱性，又可使含有粘结剂的极片与电解液充分接触。
4.分子改性
对某些具有反应性基团的非极性粘结剂来说，可以通过接枝的方式，在大分子的侧链上引入极性基团，来改善其亲水性和粘结力。此外，由于粘结剂在不同的溶剂中，大分子存在的形态不同，因而对活性物质粘结的微观结构也不相同，从而影响粘结强度。
粘结理论
1.浸润理论
任何固体表面放大起来看都是高低不平的，要使胶粘剂完全适合固体表面的“地貌“，在胶接过程中必须使胶粘剂变成液体，并且完全浸润固体的表面。完全浸润是获得高强度接头的必要条件。如果浸润不完全，就会有许多气泡出现在界面中，在应力作用下气泡周围会发生应力集中，致使强度大力下降由于有机液体的表面张力相差不会很大，浸润所需时间主要取决于液体粘度和接触角的大小。液体粘度越低，浸润时间越短，便充分浸润表面的缝隙;接触角越小，浸润速度越快。
2.机械理论
机机理论认为，胶粘剂必须渗入被粘物表面的空障内，并排除其界面上吸附的空气，才能产生粘接作用。在粘接如泡沫塑料的多孔被粘物时，机械嵌定是重要因素。胶粘剂粘接经表面打磨的致密材料效果要比表面光滑的致密材料好，这是因为:
(1)机械镶嵌;(2)形成清洁表面;(3)生成反应性表面;(4)表面积增加。
由于打磨确使表面变得比较粗糙，可以认为表面层物理和化学性质发生了改变，从而提高了粘接强度。
但如果侧链太长，有时会导致分子链的纠缠，而使粘结剂的柔韧性降低。如聚乙烯醇缩醛类粘结剂中，聚乙烯醇缩丁醛比聚乙烯醇缩甲醛的柔韧性好:聚丙烯酸类粘结剂中，聚丙烯酸丁酯比聚丙烯酸甲酯的柔韧性好。
3.吸附理论
吸附理论认为，粘接是由两种材料分子间接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。如果胶粘剂在表面的凹处被架空，便减少了胶粘剂与被粘物的实际接触面积，从而降低了接头的粘接强度。
许多合成胶粘剂都容易润湿金属被粘物，而多数固体被粘物的表面张力都小于胶粘剂的表面张力。实际上获得良好润湿的条件是胶粘剂比被粘物的表面张力低，这就是环氧树脂胶粘剂对金属粘接极好的原因，而对于未经处理的聚合物，如聚乙烯、聚丙矫和氟塑料很难粘接。通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。
在粘附力和内聚力中所包含的化学键有四种类型:(1)离子键;(2)共价键;(3)金属键;(4)范德华力
4.扩散理论(不适合锂离子电池粘结剂)
扩散理论认为，粘接是通过胶粘剂与被粘物界面上分子扩散产生的。当胶粘剂和被粘物都是具有能够运动的长链大分子聚合物时，扩散理论基本是适用的执朔性塑料的溶剂粘接和热焊接可以认为是分子扩散的结果。
5.静电理论
由于在胶粘剂与被粘物界面上形成双电层而产生了静电引力，即相互分离的阻力。当胶粘剂从被粘物上剥离时有明显的电荷存在，则是对该理论有力的证实。
6.弱边界层理论
弱边界层理论认为，当粘接破坏被认为是界面破坏时，实际上往往是内聚破坏或弱边界层破坏。弱边界层来自胶粘剂、被粘物、环境，或三者之间任意组合。如果杂质集中在粘接界面附近，并与被粘物结合不牢，在胶粘剂和被粘物内部都可出现弱边界层。当发生破坏时，尽管多数发生在胶粘剂和被粘物界面，但实际上是弱边界层的破坏。
聚乙烯与金属氧化物的粘接便是弱边界层效应的实例，聚乙烯含有强度低的含氧杂质或低分子物，使其界面存在弱边界层所承受的破坏应力很少。如果采用表面处理方法除去低分子物或含氧杂质，则粘接强度获得很大的提高，事实业已证明，界面上确存在弱边界层，致使粘接强度降低。
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