锂电池能量密度的发展已进入瓶颈期，寻找更高比容量的负极材料成为行业焦点。硅碳负极凭借更高的比容量，可大幅提升锂电的充放电效率，被视作进一步提升电池能量密度的有效方案。然而，硅在充放电过程中剧烈的体积膨胀可达300%以上，极易引起颗粒粉化、SEI膜过量生长以及活性物质失去电接触等问题，最终导致容量快速衰减。

在这一背景下，粘结剂的作用变得至关重要，它不仅是连接电极活性材料、导电剂和电极集流体的胶水，更是起到缓冲硅颗粒体积变化产生的应力、防止电极结构粉化、破裂，维持电极完整性的关键作用。而在众多粘结剂中，PAA粉体型粘结剂在硅碳负极应用中表现出独特优势。

硅碳负极规模化使用的粘结剂体系

目前，硅碳负极规模化使用的粘结剂主要有“羧甲基纤维素钠（CMC）+丁苯橡胶（SBR）”和“聚丙烯酸（PAA）”两种体系。

·“CMC+SBR”体系：为当前硅基负极（尤其是硅氧负极）中最常用的粘结剂方案，该体系结合了两种聚合物的互补功能。CMC作为一种水溶性高分子，每个糖环单元上约0.6-1.2个羧甲基，其余为羧基。其中，羧基可以与硅颗粒表面上的−OH发生缩合反应形成化学键，羟基则能能与活性颗粒形成氢键，从而有效分散疏水性石墨颗粒，并将活性物质和导电剂初步“捆绑”固定，防止团聚提供电极制备时所需的浆料粘度和初始结构强度。而SBR作为一种胶乳粒子，干燥后能在活性颗粒表面形成一层柔韧的聚合物膜，通过自身的弹性形变来缓冲硅颗粒在循环中的体积膨胀与收缩。不过，由于CMC中羧基密度有限，该体系的整体粘结强度相对不足，在长期剧烈体积膨胀/收缩应力下表现有所欠缺。

CMC游离的羧酸基团和覆盖在硅颗粒上部分水解的SiO²层冬4之间发生缩合反应可能的反应机制

·PAA基体系：PAA是以丙烯酸（CH₂=CHCOOH）为单体，通过自由基聚合形成的水溶性高分子化合物，无毒环保，符合绿色制造趋势。其粘结机理与CMC类似，但不同的是，其每个结构单元都自带一个羧基，羧基密度要比CMC更高，不仅对集流体有更好的粘结效果，而且羧基还可参与固体电解质界面（SEI）膜的形成，形成更均匀、稳定的SEI层，阻隔电解液与活性物质的直接接触，减少副反应，降低电极阻抗，提高锂离子传输效率。此外，PAA还具有较好的化学稳定性，其在电解液中几乎不发生溶胀，能有效延长电池循环寿命，且较低的热膨胀系数也使得其在高温或大功率充放电时更安全。

CMC与PAA结构式对比（来源：付甜甜,陶福兴,李超伟,张洋,王九洲.锂离子电池粘结剂研究进展[J].电源技术）

为何粉体PAA成为产业“新宠”？

尽管PAA溶液已展现出显著优势，但其液态形式在规模化生产和应用中仍面临诸多现实挑战。为从根本上突破这些瓶颈，产业界已积极行动起来，其中万华化学、深圳研一等领先企业正大力布局粉体型PAA粘结剂的研发与规模化生产，推动行业从“液”到“粉”的形态革新，这赋予了下游应用企业两大核心优势？

1. 突破液态局限：解决运输、储存与成本的痛点

传统的PAA粘结剂以低浓度（通常固含量<15%）水溶液形式提供和运输。这意味着企业需要为大量“买单”并承担高昂的运输成本。同时，液态产品对储存条件（防冻、防变质）要求更严，且保质期相对较短。粉体PAA则彻底改变了这一局面，它将有效成分浓缩至接近100%，大幅降低了运输与仓储成本，稳定性也极大提高，方便全球供应链布局。

2、促进工艺优化：提升一致性并赋能干法电极技术

粉体形态PAA赋予了电极制造工艺更大的灵活性与可控性，不仅电池厂商可以精准定制、调整浆料配方。他们可以根据不同硅含量、不同材料体系的特性，自由调整PAA的溶解程度和分子链舒展状态，以求得最佳的粘结与分散效果，实现性能的“量体裁衣”，而且其还完美契合干法电极这一颠覆性工艺，将其直接与干粉材料均匀混合，在热压过程中熔融并形成粘结网络，极大简化生产流程，降低能耗，并有望制备更厚、能量密度更高的电极。

干法电极工艺（来源：网络） 

小结

随着硅基负极产业化的不断推进，PAA粘结剂凭借其与硅颗粒的强化学键合能力，在维持电极结构完整、提升循环寿命方面展现出显著的优势。而其粉体形态更是解决了液态产品的经济性难题，也为未来干法电极等颠覆性技术铺平了道路。不过需要注意的是，PAA的分子链刚性较强、柔韧性较差。在硅颗粒反复膨胀收缩产生的巨大、动态的应力下，纯粹的PAA聚合物网络可能因缺乏足够的弹性形变能力而发生脆性断裂，从而影响其长期循环的稳定性，因此后续仍需进一步探索复合配方体系，平衡粘结强度与弹性模量。

粉体圈Corange整理