隨著電子產品、移動設備、人工智能、新能源汽車、區塊鏈、5G等前沿科技的迅猛發展，移動電源及儲能電池在電子設備領域的應用日益廣泛，市場潛力和發展前景巨大。其中，鋰離子電池憑借其卓越的高能量密度、出色的充放電性能以及長循環壽命等優勢，已成為高效、穩定的能量儲存解決方案。

鋰電池市場需求持續增長，市場前景廣闊。在技術不斷突破的市場環境下，鋰電池的產品附加值穩步提升，這也推動了其相關輔材，尤其是鋰電膠黏劑的深入研發與優化。鋰電膠黏劑在鋰電池制造過程中占據重要位置，其性能對鋰電池的整體性能和安全性有著直接影響。因此，對鋰電膠黏劑的研究與開發具有重要意義，對提升鋰電池整體性能具有關鍵作用。

鋰電膠作為電極活性材料的關鍵連接媒介，其核心功能在于將正負極材料與導電劑緊密而牢固地粘結在金屬集流體之上。這種粘結不僅增強了活性材料與導電劑以及活性材料與集流體之間的物理接觸，確保了電子的順暢傳輸，還穩定了極片的結構，從而構筑了電池正負極極片的基礎框架。

膠黏劑的性能直接關系到電池的內阻、循環壽命、能量密度以及高溫穩定性等多項關鍵指標。因此，在電池制造過程中，選擇合適的膠黏劑產品成為了提升電池整體性能的關鍵步驟。通過精心挑選和優化膠黏劑，我們可以有效地改善電池的各項性能，進而提升電池的整體表現和使用壽命。

鋰電膠根據分散介質的性質，可分為水性膠黏劑和油性膠黏劑兩類，常見的膠黏劑如下圖所示。

鋰電膠常見膠黏劑

相較于油性膠黏劑，水性膠黏劑憑借其環保、低成本和更高的使用安全性，正逐步獲得廣泛應用。當前，鋰離子電池負極材料以石墨類為主，其中丁苯乳液（SBR）/羥甲基纖維素（CMC）因其出色的粘彈性和分散性，在石墨類負極的規模化生產中占據了重要地位。然而，硅基材料比石墨類材料的容量優勢明顯，具備廣闊的市場潛力。硅基負極的高膨脹率使得傳統CMC-SBR膠黏劑難以充分發揮其性能優勢，因其粘附性相對較弱。

為解決這一難題，一種新型負極粘結劑PAA應運而生。PAA不僅易于合成，且能溶于水和多種有機溶劑，展現出高粘接性、低用量、高首效以及低反彈等卓越性能。隨著技術的不斷發展，PAA在負極材料市場中的占有率正逐年攀升。

本文重點介紹了負極膠中廣泛應用的丁苯乳液（SBR）以及新興產品聚丙烯酸膠（PAA），旨在探討它們在鋰電池負極材料中的應用及其性能優勢。

01

丁苯樹脂（SBR）

丁苯樹脂（SBR）是由丁二烯與苯乙烯共聚合成的高聚物，分子鏈中既有剛性苯環結構、也有柔性的丁二烯結構，其理論結構如下圖所示。

丁苯樹脂的理論結構

丁苯樹脂具有很高的粘結強度以及良好的機械穩定性和可操作性，用在電池業作為粘結劑，粘結劑效果良好，質量穩定。

SBR膠的優點：

01

耐強堿能力，保護鋰電池材料免受堿性環境的侵蝕；

02

透氣性好，有利于鋰電池內部的氣體交換，提高鋰電池的循環壽命；

03

粘結性強，提高鋰電池的穩定性；

04

耐老化性強，可延長鋰電池的使用壽命。

丁苯乳液常見組成成分及常見成分包括分析手段如上圖所示，主要包括合成單體、功能單體、交聯單體、引發劑、乳化劑、鏈轉移劑等，微譜可通過FTIR、NMR、GC-MS、Py-GCMS、MS等多儀器手段逆向解析，還原丁苯乳液的配方分析。

其中，丁二烯和苯乙烯的配比是影響SBR性能的重要因素，不同配比的丁二烯和苯乙烯會影響SBR鏈段的運動能力以及黏結性。其中丁二烯的加成方式分為1,3-順式丁二烯、1,3-反式丁二烯以及1,2-乙烯基末端。下圖為丁苯樹脂的核磁共振波譜圖的氫譜，可通過聚合物的結構解析，分析出丁二烯的不同加成方式及其摩爾比。

丁苯樹脂的1H-NMR譜圖

02

聚丙烯酸（PAA）

隨著新能源車快速發展，快充技術發展和續航里程焦慮、4680大圓柱電池帶動硅基負極在動力市場需求上量。研究表明，PAA的粘附性更強，逐漸興起的硅基負極更適合用PAA類新型粘結劑。

PAA及其鹽是一種水溶性鏈狀聚合物，能與金屬離子、鈣、鎂等形成穩定的化合物，對顆粒的錨固程度更高，電極片的內聚力強，有利于結構穩定，對集流體有良好的粘結效果。

PAA與（CMC+SBR）的分子微觀理論圖

PAA粘接劑特點與優勢：

01

含有較多的羧基，與硅顆粒形成氫鍵作用，賦予較強的結合力；

02

體積熱膨脹系數較小，熱擴散系數大，緩解硅基材料體積膨脹，

可形成均勻類似SEI膜的包覆層，抑制電解液的分解，降低電極的阻抗。

03

Li化后的PAA即LiPAA具有更加優異的性能，可以有效提高負極材料容量、降低阻抗、改善長循環特性，提高循環庫倫效率。

PAA的主要組成：

PAA主要合成單體為丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈等，在譜圖分析中可通過紅外譜儀（FTIR）、核磁共振波譜儀（NMR）、熱裂解-氣相質譜聯用儀（Py-GCMS）、電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）等手段定性定量PAA的合成單體及其全成分配方解析，還原生產工藝等。

如下圖為PAA膠黏劑的紅外光譜圖（FTIR）和核磁共振波譜圖——氫譜（NMR），可通過特征官能團的振動峰（化學位移）判斷合成單體的信息，也可通過振動峰（化學位移）的強弱進行相對定量，實現多譜圖儀器手段針對PAA材料進行產品的逆向解析，加速國產鋰電膠研發進程。

PAA干膜的紅外譜圖

PAA原樣的H-NMR譜圖

在國內外對可再生能源的狂熱追求下，鋰電池作為關鍵的能源存儲媒介，其重要性愈發不容忽視。尤其是對高性能、高穩定性儲能材料的不懈追求，讓鋰離子電池面臨著更為嚴格的性能挑戰。與此同時，隨著綠色、環保和可持續發展的理念日益深入人心，環保型水性鋰電池膠的市場潛力正逐步顯現，并有望成為行業的新寵。

展望未來，水性鋰電膠（SBR/PAA）的發展趨勢將呈現以下特點：

1

SBR開發功能性粘接劑是當下新的研究熱點，SBR采用功能性單體或功能型樹脂交聯聚合，增加成膜的交聯度，可提高鋰電膠與石墨基、硅基材料的附著力和交聯程度；調整聚合工藝改性，優化SBR合成單體的接枝方式；

2

PAA與其他材料形成交聯粘接劑是新突破點，PAA-CMC交聯粘結劑、PAA-PVA交聯粘結劑、PAA-PANI交聯粘結劑、EDTA-PAA粘結劑等在三維共價交聯聚合物的探索性嘗試，使復合粘結劑與硅表面形成多點相互作用，有效防止硅顆粒的脫離，進一步提升電池循環穩定性，是新型粘接劑的進一步研究方向。

微譜在鋰電膠分析領域憑借深厚的譜圖研究經驗和持續的技術創新，正積極引領鋰電膠水油體系的逆向解析潮流。我們致力于助力國產企業研發，成為推動產業發展的強大助力。微譜將始終與您攜手同行，緊密關注新能源領域的行業動態，共同探索鋰電膠在消費、動力和儲能電池領域的未來發展趨勢。 如有需求，敬請咨詢！