新型“PVDF 替代电池粘合剂”超越欧盟环保法规
一个研究小组开发出一种技术，可以在使用环保材料的同时提高粘合剂（通常是二次电池领域的“无名英雄”）的性能。他们的研究发表在《先进功能材料》上。研究人员由韩国电工技术研究院 (KERI) 绝缘材料研究中心的 Hyeon-Gyun Im 博士和 Dong Jun Kang 博士领导，并与韩国科学技术研究院的 Jung-keun Yoo 博士和成均馆大学的 Jong-soon Kim 教授合作。
对二次电池性能影响最大的电极，是将产生电的“活性物质”、促进电流流动的“导电材料”和“粘合剂”与溶剂混合而制成的。粘合剂的作用是帮助活性物质和导电材料很好地粘附在金属板（集电器）上，并使电极在物理上稳定。
粘合剂在电极中所占比例相对较小，导致过去研究进展较慢，但随着高容量、高性能电池需求的不断增长，人们对粘合剂的兴趣也日益浓厚。
目前，锂离子电池正极的粘合剂主要使用氟聚合物材料聚偏氟乙烯（PVDF） 。然而，PVDF主要被日本和欧洲的一些跨国公司所垄断，并且一直存在使用过程中出现的电池稳定性下降等功能性问题。
具体来说，PVDF 由非常强的碳氟 (CF) 键组成，在自然界中几乎坚不可摧，因此获得了“僵尸化合物”的绰号。由于难以分解，它会在环境中停留很长时间，并且在燃烧时会排放大量温室气体。
出于环保考虑，欧盟正在考虑对PVDF的使用进行管制，因此，开发超越PVDF的粘合剂材料迫在眉睫。
（从前排左至右）韩国电气研究院的研究团队（包括 Dong Jun Kang 博士和 Hyeon-Gyun Im 博士）开发出了一种可替代 PVDF 的电池正极粘合剂。图片来源：韩国电气技术研究院
KERI 通过将“硅氧烷”应用于正极粘合剂解决了这个问题。硅氧烷是一种由硅和氧组成的化合物，以其优异的电性能和化学稳定性而闻名。
任贤均博士和姜东俊博士团队通过多年对纳米复合材料的研究，获得了兼具有机和无机材料优点的“混合硅氧烷树脂制造技术”，并开发了适用于正极粘合剂的分子结构设计和合成控制技术。
研究团队利用该技术制作全电池并进行了多次验证，结果证实与传统的PVDF粘合剂相比，KERI技术的寿命稳定性提高了1.4倍以上。
PVDF 以其物理和化学稳定性以及良好的粘合性而闻名，但随着电池向高容量和高性能发展，它面临着膨胀和内部材料之间不必要的副反应等问题。然而，KERI 的技术已经超越了这些限制。
KERI 开发出一种电池正极粘合剂，可使用硅氧烷替代 PVDF。图片来源：韩国电气技术研究院
该成果的最大优点是不含氟，对环境友好且对人体健康无害。预计该新技术不仅可避免欧盟限制使用 PVDF 的环保法规，而且还可大大减少对进口正极粘合剂的依赖。
韩国能源研究所的任贤均博士表示：“虽然韩国的电池行业是世界一流的，但由于国内缺乏专业技术和公司，我们目前完全依赖进口正极粘合剂。我们使用硅氧烷的环保粘合剂技术有可能取代现有的 PVDF，并提高电动汽车等需要高容量电池的产品的安全性和使用寿命。”
研究团队预计这一成果将引起二次电池行业的极大兴趣，并计划寻找潜在合作伙伴以促进技术转让。
此外，他们计划将开发的技术应用于干燥正极粘合剂材料，并继续研究将其用途扩展到锌电池和钠电池等各个领域。
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