PAA（聚丙烯酸）水系粘结剂在锂电池中的应用

PAA（聚丙烯酸）水系粘结剂作为一种新型环保材料，在锂电池领域展现出显著的技术优势和应用潜力，尤其在应对硅基负极体积膨胀、提升电池循环寿命等方面表现突出。它是一种链状高分子水性粘结剂，呈现出弱酸性，并以无色或淡黄色的液体形态存在。

以下从应用领域、性能、市场前景及技术挑战等方面进行综合分析：

一、PAA的主要应用领域

(1) 硅基负极材料

PAA的核心应用场景在于硅基负极。硅的理论比容量高达4200mAh/g，但其充放电过程中体积膨胀率可达300%-400%，导致电极结构破坏。PAA通过分子链上的羧基（-COOH）与硅颗粒表面的羟基形成氢键，有效抑制膨胀，并促进稳定SEI膜的形成，从而提升循环性能（如循环100次后容量保持率仍达75%）。特斯拉4680电池和小米14Ultra手机已采用硅碳负极技术，进一步推动PAA需求。

(2) 石墨负极与正极材料

石墨负极：PAA可部分替代传统SBR/CMC体系，降低内阻并提升快充性能，添加比例约1.5%。
正极材料：主要用于磷酸铁锂（LFP）和锰酸锂体系，通过涂覆铝箔降低内阻，但因三元材料的弱碱性，应用受限。

(3) 隔膜与涂炭铝箔

PAA可与陶瓷粉体、PVDF混合制成隔膜涂覆浆料，提升隔膜耐热性和粘结力；在涂炭铝箔中，其浆料占比约25%，增强集流体导电性。

二、性能

(1) 强粘结力与结构稳定性

PAA的羧基官能团提供高粘结强度，剥离力显著优于传统水性粘结剂（如CMC+SBR），可减少极片脱落，提升电极压实密度。

(2) 环保性与经济性

以水为溶剂，避免PVDF所需的NMP（有毒溶剂），降低生产成本和环境污染风险。

(3) 电化学性能提升

循环寿命：抑制硅负极膨胀，减少SEI膜破裂，延长电池寿命；
低温性能：改善低温大电流放电表现；
首效提升：在LFP电池中提升首次库伦效率，降低制造成本。

需要解决的问题：
由于PAA具有较高的玻璃转变温度（Tg），PAA在成膜后电解液浸润下的溶胀度较低，导致极片呈现出较大的脆性并影响压实密度。同时，在极片烘干过程中，PAA会发生交联反应增加聚合度并产生高脆性现象。

同时，PAA的线性长链结构，使得分子链之间易于滑动，在受力后易发生永久变形而导致活性物质团聚，降低极片的比容量。
为了解决PAA黏结剂对性能提升的限制，可通过接枝、增强机械交锁、改善界面结合、引入弹性、自愈性和电／离子导电性、拓扑交联等方式对PAA进行改性，来更有效地提高锂电池的使用性能。

三、市场前景

需求高速增长
2024年PAA粉体需求量预计达1.3万吨，2030年有望突破7.3万吨，复合增速超30%。
硅碳负极出货量若达30万吨（2030年），PAA需求增量将超6万吨。
我国做PAA的头部企业是茵地乐（市占率49%），另外回天新材、鹿山新材等已实现规模化生产，2022年国产化率达95%，产能规划领先（如茵地乐2023年产能6万吨，二期扩至20万吨）。

四、技术挑战与发展方向

工艺控制
PAA生产需精确调控聚合反应温度、引发剂量及分子量，以确保粘结强度和化学稳定性。
功能复合化
通过预锂化（如LiPAA）或与PVA、GL等材料复合，提升电化学稳定性和快充适配性。
总结
随着硅碳负极商业化加速及新能源汽车市场渗透率提升（2024年达40.9%），PAA产业链将迎来持续增长机遇，但需进一步突破工艺瓶颈并拓展复合功能化应用。