分散剂在锂电池中的应用

一、为什么需要分散剂？

在锂电池电极制造过程中，活性物质（如磷酸铁锂、三元材料）、导电剂（如炭黑、CNTs）、粘结剂需要均匀分散在溶剂（NMP用于正极，水用于负极）中，形成稳定、均匀的浆料。

如果没有分散剂，会出现以下问题：
团聚：尤其是纳米级的导电剂（如炭黑）和活性物质，由于极高的比表面积和表面能，极易发生团聚，形成大的聚集体。
沉降：浆料不稳定，固体颗粒会很快沉降下来，导致浆料上下层成分不均。
浆料流动性差：团聚的颗粒会导致浆料粘度急剧升高，流动性变差，不利于涂布。
这些问题的直接后果是：涂布出的极片不均匀，内部导电网络不连续。这会导致电池的一系列劣化：
内阻增大：电子传导路径不畅。
容量下降：活性物质利用率低。
倍率性能差：大电流充放电时极化严重。
循环寿命缩短：极片不均匀处电流分布不均，加速局部老化。
安全风险：局部过充过放、析锂的风险增加。
分散剂的核心使命就是解决这些问题，确保浆料的均匀性和稳定性，从而为制造出高性能电池打下坚实基础。

二、 分散剂的工作原理

分散剂通常是一种表面活性剂，其工作原理主要基于空间位阻效应和静电稳定效应，另外，对于在非水系和水系中的作用机理也是不同的：
2.1 空间位阻效应（主要用于非水体系，如NMP溶剂）：
分散剂分子具有“两亲性”：一端是锚固基团，能牢固地吸附在颗粒表面；另一端是溶剂化长链，与溶剂具有良好的相容性。
当吸附了分散剂的颗粒相互靠近时，其溶剂化长链相互重叠，产生熵斥力，阻止颗粒团聚，从而保持分散状态。

2.2 静电稳定效应（主要用于水体系）：分散剂使颗粒表面带上相同的电荷（正电荷或负电荷）。
当带同种电荷的颗粒靠近时，会产生静电斥力，从而克服范德华引力，防止团聚。

三、 在锂电池不同组件中的应用

3.1 正极浆料

溶剂：通常为NMP（N-甲基吡咯烷酮），是一种有机溶剂。
常用分散剂：
PVP（聚乙烯吡咯烷酮）：经典选择，其分子中的羰基与正极材料（如钴酸锂、三元）表面有较强的吸附作用，吡咯烷酮环与NMP溶剂相容性好，通过空间位阻效应发挥分散作用。

3.2 负极浆料

溶剂：通常为水。
常用分散剂：
CMC（羧甲基纤维素钠）：既是增稠剂，也具有一定的分散作用，特别是对石墨负极。
SBR（丁苯橡胶）：主要作为粘结剂，但也能辅助分散。
PAA-NH₄⁺（聚丙烯酸铵）：非常有效的水性分散剂。其铵根离子在水中电离，使PAA链带上负电荷，通过静电斥力使石墨、炭黑等颗粒分散。铵根在烘烤时会挥发，不留残留。

四、 选择分散剂的考虑因素

我们在选择分散剂时，也必须考虑使用的条件，一般分散剂的用量都比较少，同时需要做一系列的验证才能批量的使用。下

面时需要考虑的因素:
4.1相容性：必须与溶剂（NMP或水）和体系中的其他组分（粘结剂等）相容。
4.2有效性：能有效分散目标颗粒（活性物质、导电剂）。
4.3稳定性：在浆料储存期内能保持分散状态稳定，不沉降。
4.4无副作用：不影响导电性：分散剂通常是绝缘的，过量添加会阻碍电极内部的电子传导，反而增加内阻。
无残留副作用：最好能在烘干过程中分解或挥发（如PAA-NH₄⁺），不留存于极片中。不能分解的分散剂（如PVP）需严格控制添加量。
4.5成本：在满足性能要求的前提下，成本越低越好。分散剂添加的好，能使浆料分散的更均匀，间接提高了电池的性能。不当的使用，可能适得其反。