中國粉體網訊 粘結劑的黏附過程主要有兩個階段。首先，溶解的粘結劑擴散、潤濕活性顆粒表面；然后，粘結劑通過干燥 (非反應型粘結劑) 或聚合(反應型粘結劑) 方式固化。粘結劑固化產生機械互鎖效應或界面黏附作用。粘結劑在顆粒表面吸附后形成三種吸附層：邊界層、固化層和自由層。邊界層由粘結劑通過分子間作用力和化學鍵方式吸附顆粒形成的表面粘結劑層。自由層包覆在固化層表面，固化層力學強度高于自由層。固化層和自由層的性能主要由聚合物粘結劑本身特性決定。
鋰離子電池粘結劑粘結機理示意圖
(a)電極制備過程中的擴散/滲透過程；(b)干燥過程中形成機械互鎖；(c)界面結合力包括分子間力和化學鍵
來源：李澤珩. 鋰離子電池硅負極粘結劑的設計與應用研究
目前粘結劑的工作機理主要可以分為浸潤理論、機械互鎖理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論和弱邊界層理論。這些理論都具有各自的優缺點，有各自可以很好解釋的粘結現象，也有各自無法解釋的現象。在粘結過程中，這些理論是可以相輔相成，協同作用的。其中在鋰離子電池粘結劑中，浸潤理論、機械互鎖理論和吸附理論是被廣泛應用于粘結劑和活性物質之間的粘結進行解釋的三種理論，也被認為是三種最主要的理論。
從浸潤角度，希望粘結劑能夠完全浸潤活性物質和導電添加劑表面，從而實現粘結劑與被粘物之間的緊密接觸，減小粘結界面上缺陷的產生。從機械互鎖角度而言，為了產生顯著的機械互鎖，需要增加電極材料的表面粗糙度和孔隙率，選擇合適的粘結系統，以及制備粘度適當的粘結劑溶液，以確保有效地混合、分散。界面處的粘結強度會隨著材料表面粗糙度和孔隙率的增加而增大。從吸附理論的角度而言，如果粘結劑與活性物質之間產生很強的相互作用，就更有利于粘結劑和活性物質之間的牢固粘結，在充放電過程中更好的保持電極的完整性，從而有效的提升電極的循環壽命。
1.浸潤理論
為了達到較強的粘結強度，粘結劑與被粘結物之間緊密的分子接觸是必須的。即使是肉眼看起來非常光滑的固體表面，在微觀上都是凹凸不平的，要使粘結劑可以良好的匹配固體表面的形貌，在粘結過程中粘結劑必須是可流動。為此，一般都會將粘結劑變成液體來使用，并且使其盡可能的浸潤固體表面，并取代存在與表面的空氣或者其他附著物。良好的浸潤可以獲得高強度的接頭；不良浸潤會在粘結界面處形成許多缺陷，在應力作用下缺陷周圍區域容易發生應力集中，使粘結強度大大下降。一般而言，液體粘度越小，接觸角越小，越有利于浸潤。
2.機械互鎖理論
機械互鎖理論認為粘結力的產生主要是由于粘結劑與被粘結物表面形成了機械互鎖。如前所述，固體的微觀表面都是十分粗糙，凹凸不平的，有些表面還是多孔性的。粘結劑深入被粘物的凹凸不平的溝壑或孔隙中，并排除其界面上吸附的空氣，待粘結劑固化后就像許多小鉤子把粘結劑和被粘物連結在了一起。
3.吸附理論
吸附理論是進一步將粘結界面擴大至了分子尺度來看。吸附理論認為，粘結是由粘結劑和被粘物分子間接觸和界面力所引起的，粘結劑和被粘物的具體性質決定了可能存在的相互作用，包括共價鍵、離子鍵、金屬鍵和范德華作用。
4.擴散理論
擴散理論認為，粘結是由于粘結劑與被粘物界面上分子擴散產生的。即擴散在被粘物的界面上進行，最后結果使得界面消失。當粘結劑和被粘物都是能夠運動的長鏈大分子時，擴散理論是適用的。例如，熱塑性塑料的熱焊接，然而該理論并不適合鋰離子電池粘結劑。
5.靜電理論
靜電理論又稱為雙電層理論，該理論認為在粘結劑與被粘物接觸界面上形成了雙電層，粘結是由于靜電的相互吸引而產生的。然而，雙電層的靜電吸引力并不能產生足夠的粘結力，對站街的貢獻有限。
6.弱邊界層理論
弱邊界層是指妨礙粘結作用形成并使粘結強度降低的表面層，其來自粘結劑、被粘物和環境或者三者的任意組合。當雜質集中在粘結界面附近，并與被粘物結合不牢，在粘結劑和被粘物中都可能出現弱邊界層。該理論認為，當發生粘結破壞時，雖然看上去是發生了粘結劑和被粘物的界面破壞，但是實質上是弱邊界層的破壞所導致的。
參考資料：
1.李澤珩. 鋰離子電池硅負極粘結劑的設計與應用研究
2.趙桃林，等. 鋰離子電池硅基負極用粘結劑的設計改性進展
（中國粉體網編輯整理/初心）
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