Page 232 - 精细化工2019年第9期

·1960· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

比 WPU3 的吸液能力更强，这可能是因为 WPU2 的 2.9 电池的电化学性能
极性程度比 WPU3 更高，吸液率更高。 图 7 为 4 种粘结剂制备的锂离子电池首次放电
2.7 胶膜的电导率 曲线，从图中可以看出，在 0.2 C 的电流密度下，4
表 2 为 3 种水性聚氨酯的电导率，从表中可以 种电极的放电电压平台都在 3.4 V 左右，其放电比
看出，以 WPU1、WPU2 和 WPU3 胶膜组装的电池 容量也都在 130~140 mA·h/g，差别不大。
–5
电导率分别 为 1.37 ×10 、 6.92×10 –4 和 1.31 ×
–4
10 S/cm，其中 WPU2 胶膜的电导率要明显高于另
外两组胶膜的电池，而 WPU1 胶膜组装的电池电导
率最低。从图 5 可知，WPU2 和 WPU3 的对于电解
液的吸液能力均强于 WPU1，因此，WPU2、WPU3
中锂离子的浓度更高，离子传输能力更强。并且
WPU2 和 WPU3 具有极性较强的酯键，能够和锂离
子形成缔合体，因此，伴随着高分子链段的不断运
动，其中参与缔合的锂离子也会发生不断的移动或
替换，使锂离子在电场的作用下能够定向运动。综

上，聚酯型的 WPU2 和 WPU3 的电导率要比聚醚型 图 7 4 种粘结剂制备锂离子电池的首次放电曲线
的 WPU1 要高。而 WPU2 的极性比 WPU3 要高，锂 Fig. 7 First discharge curves of three binders for lithium
离子浓度更大，缔合的锂离子也更多，所以电导率 ion batteries

也更高。
图 8 为 4 种粘结剂制备的锂离子电池循环曲线。
表 2 3 种水性聚氨酯的电导率
Table 2 Conductivity of three waterborne polyurethanes
样品

WPU1 WPU2 WPU3
–4
–5
–4
电导率/(S/cm) 1.37×10 6.92×10 1.31×10

2.8 正极膜的剥离强度
图 6 为 4 种粘结剂的正极膜剥离强度图，从图
中可以看出，以 WPU2 和 WPU3 为粘结剂所制备的
正极膜剥离强度分别为 1.05 和 1.10 N/cm，而以
WPU1 和 PVDF 为粘结剂的正极膜剥离强度分别只

有 0.60、0.05 N/cm。这主要是因为水性聚氨酯中具 图 8 4 种粘结剂制备锂离子电池的循环曲线
有较强的氢键作用，从而使其正极膜的剥离强度要 Fig. 8 Cyclic curve of lithium ion batteries prepared by
远大于 PVDF 所制备的正极膜，另外，PBA 和 PNA four binders

都是聚酯型水性聚氨酯而 N220 是聚醚型水性聚氨
从图中可以出，4 种电池在 1 C 的电流密度下，
酯，由于聚酯型聚氨酯的内聚能要大于聚醚型聚氨
经过 200 次循环后，WPU1 和 PVDF 制备的电池放
酯从而使正极膜粘接更加牢固。 电库伦效率都在 90%以上，而以 WPU2 和 WPU3 为

粘结剂的电池随着循环次数的增加库伦效率不断减
小。其中，WPU1 制备的电池经过 200 次循环后放
电比容量为 127 mA·h/g，与首次相比容量保持率达
到了 97.7%。而以 WPU2 和 WPU3 为粘结剂所制备
的电池经过 200 次循环后放电比容量为 124、
137 mA·h/g，容量保持率为 84.1%、87.9%。以 PVDF
为粘结剂制备的电池在 200 次循环后放电比容量为
105 mA·h/g，其容量保持率为 90.5%。这可能因为

相似相溶原则，在电解液的长期浸泡下，WPU2 和
图 6 4 种粘结剂的正极膜剥离强度图 WPU3 出现一定的溶解从而导致粘结强度下降，在
Fig. 6 Peeling strength diagram of positive electrode films
of three binders 充放电过程中出现一定的脱落现象使得容量保持率