Les électrodes des batteries lithium-ion sont principalement composées de substances actives. liants, agents conducteurs et collecteurs de courant. Bien que la teneur en liants et agents conducteurs soit très faible, ils sont essentiels aux performances des batteries lithium-ion. La fonction principale du liant est de lier les particules solides telles que les substances actives et les agents conducteurs en un tout, tout en faisant adhérer le revêtement de l'électrode au collecteur de courant.

Les fonctions de l'adhésif incluent.

Assurer la stabilité mécanique. maintenir les changements de structure et de volume des matériaux actifs des électrodes positives et négatives pendant les processus de charge et de décharge, empêcher les matériaux actifs de tomber. Et améliorez la stabilité du cyclage des plaques d'électrodes.

Réduisez la résistance interne de la batterie, mélangez-la à la conductivité, formez un réseau d'agents conducteurs et assurez la conduction électronique requise à l'intérieur de l'électrode :

Améliorer la capacité humide de l'électrolyte, adsorber l'électrolyte et favoriser le transfert des ions lithium à l'interface électrolyte de l'électrode

Exigences de performance pour les liants pour batteries au lithium.

Performance adhésive : L'adhésif doit avoir des caractéristiques telles qu'une bonne performance adhésive, une résistance à la traction élevée, une bonne flexibilité et un faible module d'Young pour fournir une force adhésive suffisante, garantissant que pendant la production et l'utilisation de la batterie (stockage, cyclisme), il n'y aura pas d'activité. les matériaux tombent de l'électrode lors d'expansions et de contractions répétées. et la liaison entre les particules d'électrode ne sera pas endommagée :

Stabilité chimique et stabilité électrochimique : dans des conditions à long terme de potentiel élevé (liant d'électrode positive) ou de potentiel faible (liant d'électrode négative), le liant d'électrode positive ne doit pas être oxydé dans des conditions de haute pression, et le liant d'électrode négative doit ne pas être  réduit dans des conditions de basse pression ; Pendant le stockage et le cyclage (charge et décharge de la batterie), le liant n'a aucune réaction secondaire avec les matières actives, le Li et d'autres substances

 Compatibilité de l'électrolyte : insoluble dans une solution électrolytique ou avec un faible coefficient de gonflement, ne subit pas de réactions chimiques avec l'électrolyte et maintient la stabilité de la forme, de la structure et des propriétés de l'électrolyte :

Performances de traitement : Bonne dispersion dans le milieu de boue, ce qui favorise la liaison uniforme de la substance active sur le collecteur de courant et peut fournir de bonnes performances de traitement pour la boue, l'électrode et la batterie :

Performance dynamique : a peu d’impact sur les effets négatifs de la conduction électronique et ionique dans l’électrode.

Les adhésifs couramment utilisés dans les électrodes des batteries lithium-ion comprennent le PVDF , le PTFE, le poly (acide acrylique) (PAA), le caoutchouc styrène butadiène ( SBR ), l'oxyde de polyéthylène (PEO). carboxyméthylcellulose de sodium (CMC) et alginate. L'équipe de recherche dirigée par Yu Xiqian de l'Institut de physique du Centre national de recherche sur la physique de la matière condensée de l'Académie chinoise des sciences à Pékin a comparé les paramètres de performance des liants couramment utilisés (PVDF, PTFE, PAA, SBR, PEOCMC ，Aginate)

Les propriétés de base de ces adhésifs, y compris les propriétés mécaniques de traction et de compression, la force d'adhésion et les propriétés thermiques, sont résumées dans les tableaux 1, 2, 3 et 4, respectivement.

   En comparant l'adhésion, la résistance à la traction, l'élasticité, la conductivité ionique de gonflement, la stabilité thermique et la stabilité à l'oxydation de ces sept adhésifs courants. leurs performances ont été évaluées et comparées, comme le montre la figure 1. Le PVDF présente de meilleures performances globales que les autres liants. Le PVDF est un polymère important et sa principale méthode de fabrication à grande échelle est la polymérisation en émulsion ou en suspension utilisant des monomères de fluorure de vinylidène, des tensioactifs et des initiateurs . Comparé à l'éthylène, l'atome H du PVDF est partiellement remplacé par l'atome F, ce qui entraîne une stabilité chimique, électrochimique et thermique plus élevée du PVDF. La fenêtre électrochimique du PVDF est d'environ 5 V. et la température de décomposition thermique peut atteindre jusqu'à 400 °C . De plus, la structure moléculaire du PV DF est propice à la formation de liaisons hydrogène. ce qui peut assurer une bonne mécanique . et la force d'adhésion grâce aux forces de Van der Waals et aux interactions de liaison hydrogène avec des chaînes de polymères ou des surfaces adhésives entre molécules. Comparé au polytétrafluoroéthylène (PTFE) entièrement fluoré, le PVDF présente une résistance à la traction et une adhérence plus élevées. De plus, le PVDF a un bon comportement de gonflement et une bonne cristallinité, il peut donc fournir une bonne conductivité ionique après absorption des électrolytes . Cependant, en raison de la faible densité du nuage électronique et de la polarisabilité du  P VDF, l'interaction de la force de Vander Waals entre le PVDF et d'autres molécules est relativement faible . ce qui est insuffisant pour l'adhésion d'électrodes chargées de très haute qualité (>20mgcm2) et également difficile à adapter aux changements de volume importants des électrodes. La forme perfluorée du PTFE présente des propriétés extrêmement déséquilibrées et l'adhésif PTFE contient des unités CF2-CF2, présentant une stabilité chimique idéale. Parmi ces liants, la stabilité mécanique et oxydative est la meilleure, mais l'adhésion et la conductivité sont médiocres. La force de cohésion entre les chaînes adjacentes dans les cristaux hexagonaux de PTFE est faible, ce qui facilite le glissement le long de l'axe de la chaîne (l'axe c de la tige du système hexagonal ). Donc. lorsqu'une charge de cisaillement est appliquée au cristal de PTFE, un glissement du cristal se produit le long de l'axe c et la forme du cristal de PTFE change, formant une structure de nanofibres à rapport d'aspect élevé avec un diamètre de fibre de seulement quelques nanomètres et une longueur de plusieurs dizaines de micromètres. En formant un réseau tridimensionnel.

structure, la matière active et le noir de carbone s'agrègent ensemble. Par conséquent, le PTFE est souvent utilisé dans les processus d’électrodes sèches.

En termes de propriétés mécaniques, le PAA, le CMC et l'alginate ne sont pas aussi bons que le PVDF, mais ils sont solubles dans l'eau et riches en groupes carboxyle ou hydroxyle, ce qui contribue à former une adhérence plus forte. Le SBR a une élasticité très élevée et est généralement mélangé à la CMC pour compenser les défauts de chacun. La CMC est un acide faible à plusieurs composants qui peut se dissocier pour former des groupes fonctionnels anions carboxylates. Les groupes carboxylates libres peuvent interagir avec les groupes hydroxyle à la surface de matériaux tels que le silicium/carbone pour former un réseau de phases de gel de carbone idéal dans l'électrode. De plus, le CMC a un faible coût, une bonne stabilité thermique et est respectueux de l’environnement. Cependant, les liants à base d’eau CMC présentent une forte rigidité et fragilité. Après séchage sous vide, des fissures peuvent être clairement visibles sur la surface des électrodes avec du CMC comme liant, ce qui peut même provoquer des espaces entre le revêtement du matériau de l'électrode et le collecteur de courant, entraînant une « perte de matériau » de l'électrode. Pour résoudre ce problème, le caoutchouc butadiène styrène (SBR) est souvent utilisé comme additif élastique pour le liant CMC. L'ajout de SBR peut réduire efficacement la fragilité de l'électrode. L'anode en Si utilisant un liant composite SBR-CMC présente un module d'Young plus petit, un allongement maximum plus important et une force d'adhésion plus forte au collecteur. Le PEO a une excellente conductivité ionique, mais sa résistance à l'oxydation est médiocre sous haute tension .