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·960· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

2.3 电化学窗口分析 图 4a 显示了 PCPU 和 PVDF 这两种粘结剂在正
图 3 显示了钢片/电解质膜/锂片(SS/PCPU/Li) 极浆料质量比为 8∶1∶1 时的剥离强度。可以看出，
半电池在 2.0~5.0 V 60 ℃下的电化学窗口曲线。其 PCPU 比 PVDF 更具有粘接力， 剥离强度达 到
中，扫描电压速率为 5 mV/s。 0.21 N/cm，是传统 PVDF 粘结剂的两倍左右。在之
前研究液态锂离子电池时，Park [10] 和 Lee [20] 都采用
了聚氨酯作为粘结剂，显示了优异的粘接性能和良
好的电化学性能。这主要是由于聚氨酯分子链中具
有极性很强的氨基甲酸酯键，这种极性很强的基团
通过布朗运动向基材表面移动扩散，大大提高了分
子间的取向力，内聚能密度增加，从而提高了其对
基材的粘接能力，界面接触良好，从而提高正极与电
解质间的界面稳定性，改善了电池的电化学性能 [13] 。
同时，这一优异的性能可以有效避免正极片上的
LiFePO 4 和导电炭黑在充放电过程中出现剥落、掉

图 3 SS/PCPU/Li 半电池的电化学窗口图 粉现象，从而有效提高电池的循环性能。
Fig. 3 Linear sweep voltammetry obtained for SS/PCPU/Li
half cell 从图 4b 可以看出，当 m(LiFePO 4 )∶ m(SP)∶
m(PCPU)=70∶ 15∶ 15 时，剥离强度最大，达到
从图 3 可见，PCPU 膜在 2.0~4.5 V 内未发生明 0.37 N/cm，减少粘结剂含量，剥离强度有所下降。
显电化学氧化分解，满足一般锂离子电池所在的工 当 m(LiFePO 4 )∶m(SP)∶m(PCPU)=60∶20∶20 时，
[5]
作电压范围 ，表现出良好的电化学稳定性，这为
剥离强度为 0.32 N/cm。这是由于粘结剂含量虽然较
PCPU 在全固态锂离子粘结剂中的安全应用提供了
高，但纳米级的导电炭黑也较多，吸附了部分 PCPU，
可能。
从而导致剥离强度有所下降。
2.4 剥离强度分析
2.5 电化学性能分析
图 4 为不同粘结剂制备正极片的剥离强度。 60 ℃下不同 LiFePO 4 、SP 和 PCPU 或 PVDF 质

量比下组装电池的首次充放电曲线见图 5。
一般锂离子电池的倍率性能主要是由电子电导
率和离子电导率两个方面决定 [21] 。导电炭黑主要是
提供正极材料的导电性，而 PCPU 中的软段则可以
提供锂离子的传输路径。从图 5a~e 中可以看到，
PCPU-9055 的倍率性能较差，在 0.2 C 电流密度下
放电比容量只有 110.3 mA·h/g，这可能是由于导电
炭黑量太少，PCPU 粘结剂几乎没有导电性，使得
整个正极片的导电性能较差、阻抗较大，进而影响
了倍率性能 [18] 。随着导电炭黑和粘结剂含量的增加，
倍率性能有所提高。PCPU-801010、PCPU-80155 和
PCPU-701515 在 1.0 C 电流密度下放电比容量分别
为 100.7、128.7 和 142.7 mA·h/g。综合来看，PCPU-
602020 性能最佳，其导电炭黑和粘结剂含量最多，
具有良好的导电性和离子电导率；PCPU-602020 电
池在 0.2 C、1.0 C 电流密度下电池放电比容量分别
达到 152.8 和 143.0 mA·h/g，甚至在 3.0 C 倍率下依
然有 51.4 mA·h/g 的放电比容量，表现出优异的倍
率性能。

图 4 （a）PCPU 和 PVDF 作为粘结剂的剥离强度；（b） 从图 5f 可以看到，PVDF-801010 在 0.2 C 和 0.5
PCPU 粘结剂在不同配比下的剥离强度 C 倍率下放电比容量分别为 138.0 和 136.1 mA·h/g，
Fig. 4 (a) Adhesion strength of cathode using PCPU and 但到 1.0 C 倍率时就已经充不进去电了。这可能是
PVDF as binders; (b) Adhesion strength of cathode
with different content of PCPU 由于 PVDF 在铝箔上粘接不牢，发生了剥落现象，