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鋰離子電池電極主要由活性物質、集流體、粘結劑和導電劑等組分構成，其中粘結劑主要是將正負極活性物質和導電劑等組分粘接在集流體上。由于正負極活性物質在充放電的過程中都會產生一定的體積變化，對電極的結構穩定性產生一定的影響，因此雖然粘結劑本身并不具備電化學活性，但是卻對電池的性能有顯著的影響，粘結劑數量過少，粘接強度不夠容易產生掉料等問題，粘結劑過多則影響Li+的擴散，從而影響電池的倍率性能。
近日美國肯塔基大學的MingWang（第一作者，通訊作者）和Jiazhi Hu（通訊作者）、Yikai Wang（通訊作者）等人對不同分子量PVDF粘結劑對于NCM111干法電極的電化學性能的影響進行了分析，研究表明PVDF分子量越高則在NCM顆粒表面形成的PVDF層孔隙率越高，從而在不影響粘接強度和循環性能的前提下提升鋰離子電池的倍率性能。
傳統的PVDF使用方法是將PVDF粘結劑分散在NMP溶劑中，然后添加到漿料之中進行涂布，NMP溶劑不但昂貴，還具有毒性和可燃性，因此目前幾乎所有的鋰離子電池企業都在尋找一種能夠替代NMP溶劑的電極生產方法。在眾多的替代選項中靜電噴涂法（ESD）是一種具有潛力的干法工藝，目前這一工藝已經廣泛的應用在印刷、食品和藥品制造過程中，在這一工藝下電極材料首先在高電壓下帶上電荷，然后這些帶有電荷的顆粒被吸附在具有相反電荷的箔材上，然后經過加熱過程后PVDF粘結劑融化將活性物質顆粒粘接在集流體上。
靜電噴涂ESD方法首先需要讓活性物質顆粒帶上電荷，常見的“充電"方式主要有兩種Turbo-charging和Corona-charging，Turbo-charging是通過活性物質顆粒與管壁接觸帶電，然后再進行剝離的方式實現“充電"，但是這一方法下活性物質顆粒帶的電荷比較復雜，因此并不適合用在ESD工藝中，因此作者在這里選擇了Corona-charging作為對正負極活性物質“充電"的方式。
Corona-charging充電方式需要準確的調控電場電壓，太低了不能在顆粒產生足夠的電荷，太高了顆粒上電荷過多，則會吸附離子化的氣體分子，從而中和顆粒上攜帶的電荷，影響箔材對于顆粒的吸附能力。下圖為50kV的電壓和25kV電壓下的電極效果圖，可以看到50kV電壓下涂布的電極表面有較多的微孔缺陷，能夠看到下面的Al箔，而25kV下涂布的電極幾乎沒有看到明顯的缺陷，因此后面的實驗選擇25kV作為活性物質“充電"電壓。
常規的濕法涂布過程烘干溫度低于PVDF的熔點，因此僅僅是將NMP溶劑揮發出去，PVDF發生析出反應，但是在ESD工藝中需要將PVDF粘結劑加熱到熔點以上，從而實現對活性物質顆粒的粘接，為了研究加熱過程對于PVDF粘結劑的影響，作者直接將PVDF涂布在了Al箔上進行加熱實驗。
下圖為Alfa Aesar 44080和HSV 900兩種PVDF粘結劑在加熱前后的SEM圖片，從下圖a和c能夠看到兩種PVDF粘結劑都是由300nm左右的一次顆粒團聚形成的直徑在2-60um的二次顆粒構成，在200℃下加熱1h后Alfa Aesar生成了一層粘結劑膜，而HSV 900的一次顆粒顯著長大，但是仍然保持了球型外觀，即便是將加熱時間增加到5h，HSV 900粘結劑仍然沒有在Al箔上形成均勻的膜。
下圖為NCM與PVDF按照18:1的比例進行混合后的電極形貌，可以看到兩種粘結劑在經過干混后都在NCM顆粒的表面吸附了一層PVDF顆粒，在經過加熱后，Alfa Aesar的PVDF粘結劑在NCM顆粒的表面生成了一層均勻的PVDF膜，但是HSV 900粘結劑僅僅是在NCM形成了部分的覆蓋的膜。
下圖為NCM／CB／PVDF電極的SEM圖片，Alfa Aesar的PVDF粘結劑在NCM顆粒表面形成了一層均勻的PVDF膜，CB導電劑也被PVDF粘接在NCM顆粒上，而HSV 900粘結劑則在NCM顆粒的表面形成了一層多孔結構的PVDF膜，這可能是由于HSV 900相對較高的分子量限制了其在NCM顆粒表面的自由流動。
對于粘結劑而言粘接強度是一個非常重要的參數，作者在這里采用剝離強度的方法測量了兩種粘結劑的粘接性能，從下圖a能夠看到Alfa Aesar粘結劑的剝離強度要略高于HSV900，這可能是由于Alfa Aesar粘結劑熔化后與Al箔之間形成了更大的接觸面積。
下圖a為兩種PVDF粘結劑的循環性能測試曲線（扣式電池），首先進行了3次0.2C循環，然后進行了47次0.5C循環，從圖中能夠看到雖然HSV 900粘結劑在粘接強度上要稍低于Alfa Aesar粘結劑，但是對于NCM材料的容量發揮和循環性能并沒有顯著的影響，在經過50此循環后Alfa Aesar和HSV 900粘結劑的容量保持率分別為93%和91%。但是兩者在倍率性能上存在顯著的差距，在0.1C、0.5C、1C和5C倍率下HSV 900粘結劑的容量發揮分別為160、150、139和82mAh/g，而Alfa Aesar粘結劑的容量發揮分別為159、148、133和27mAh/g，可以看到在大倍率下HSV 900粘結劑具有明顯的優勢。兩種粘結劑對于NCM111材料倍率性能的影響機理可以從EIS譜圖上進行分析，從下圖c能夠看到HSV 900粘結劑的EIS半圓直徑要明顯小于Alfa Aesar粘結劑，表明HSV 900具有更小的電荷交換阻抗，這可能是由于Alfa Aesar粘結劑在加熱的過程中在NCM顆粒的表面形成了一層均勻的PVDF膜，阻礙了Li+的擴散，但是HSV 900在NCM顆粒表面形成的是一種疏松多孔的膜，因此更加有利于Li+在NCM顆粒表面發生電荷交換，提升電極的倍率性能。
干法電極工藝不使用NMP溶劑，不但大幅降低了鋰離子電池的生產成本，還有助于提升鋰離子電池生產過程中的綠色環保水平，Ming Wang的研究表明PVDF粘結劑的選擇對于干法電極生產工藝至關重要，大分子量的PVDF在NCM顆粒表面形成的粘結劑膜疏松多孔因此能夠有效降低NCM電極的電荷交換阻抗，提升電極的倍率性能。
