硅基负极是锂离子电池实现超级快充与超长续航的关键技术，但是这种负极在充电时会发生剧烈膨胀进而引发开裂风险。为此材料大厂深圳市电池行业协会副会长单位回天新材开发出全新解决方案——1206L PAA负极胶！
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从“麒麟”到“青海湖”
从上游材料，到终端产品
“硅基负极”电池产业链大爆发！
从年初至今产业链巨头们的种种动向来看，当初被Tesla 4680动力电池炒热的“硅基负极”技术貌似要在中国率先实现大规模商用了！
先是产业链上游，春节刚过材料大厂回天新材就发布了一款用于硅基负极粘接的全新“负极胶”方案——1206L水性丙烯酸粘合剂！
这款负极胶的出现，可说为接下来登场的数款重量级“硅基负极”电池来了一波预热！
很快时间来到7月12号，在消费电子领域备受关注的荣耀“青海湖电池”也正式发布了！
因为这块电池同样采用了“硅基负极”技术，所以它的能量密度也同样实现了极大的提升——虽然其电量高达5000mAh，但是电池体积却逆向压缩到了普通名片大小。
这直接帮助荣耀的新款折叠屏手机荣耀V Purse一举拿下“全球最薄”的头衔，在9月1日开幕的IFA2023德国柏林消费电子展上出尽了风头
其中粘在“正极”上的是锂离子化合物，它们可以是早期发明的钴酸锂、锰酸锂，也可以是近些年风头正劲的三元锂或磷酸铁锂……
而“负极”的成分就更简单了，这么多年下来几乎一直都是石墨！
一旦出现这个问题，不但充电速度提不上去，滞留在负极表面的“锂离子”还会在石墨嵌锂电位的作用下变成金属锂！
等到金属锂继续长大最后刺破正负极间的隔膜，那电池的结局也只能是起火爆炸了！
这也是为什么各大厂商都在琢磨着要建800V超级快充站，但是过了这么久一直都还没大规模普及的重要原因之一！
这是因为相较于“石墨”只能从石墨烯的端面吸收锂离子，“硅”是浑身360°都能让锂离子“上车”，这就让锂离子们进入负极的过程变得极其丝滑。
体现在宏观层面，就是使用了“硅基负极”的电池充电特别快！
不过和充电速度快比起来，更加吸引人的其实是锂电池采用了“硅基负极”之后储能密度特别高这一点——因为相较于“石墨”存储一个锂离子就要动用六个碳原子，“硅”材料存储四个锂离子只需要一个硅原子。
如此之高的存储效率就让“硅”的比容量高达4200Wh/kg，比“石墨”的372Wh/kg足足高出了十倍还有余！
但是问题在于，既然“硅基负极”的优点早在上个世纪70年代就被发现了，怎么直到今天它还没有大规模普及呢？
虽然这里面有很多因素，但最为核心的一个障碍就是——硅材料里面嵌入了锂离子之后的体积就会大幅膨胀！
对此我们不妨先看一下“石墨负极”，虽然人家充电后也会膨胀，但是其规模基本处在10+%的水平；
面对如此“吹气球”一般的体积变化周而复始，不仅SEI膜会被撑坏，“负极”自身也会粉化碎裂。
最后就是电池内环境的化学电路被切断，轻则内阻大幅升高，重则电池的寿命大打折扣！
而另一方面，则是从粘接负极材料的负极胶入手！
开篇提到的回天新材开发出来的全新负极胶1206L，就是产业界在这个方向上取得的一个重要成果！
当然这可不是作为材料人的自卖自夸，因为只要回顾一下历史就能发现，当初发明锂电池的那些技术先驱们就是这么重视“负极胶”！
负极胶1.0——PVDF
我们可以先看一下Sony在1991年开发出来的史上第一块商业化锂电池。
作为该品类的初代目，这款电池和今天相比最大的一个区别就是它的负极采用的是“硬碳”，而非当今占据绝对主流的“石墨”。
但是没过两年，锂电池的技术就发生了快速迭代。在这段时间锂电池的电解液得到了改良，这就让能量密度更高，首次充放电效率也更高的“石墨负极”取代了“硬碳负极”。
但是当时人们也遇到了和今天“硅基负极”同样的问题——“石墨负极”的膨胀幅度要比“硬碳负极”大很多！
用它粘起来的“石墨负极”虽然充完电后有膨胀，但是结构依然保持了完整。
再加上是水性胶黏剂，因此到了20世纪初基本就全面替代了PVDF。直到今天，SBR都是“石墨负极”最主要的“负极胶”方案。
但是人们面临的问题是，SBR在应付石墨负极10%的膨胀不在话下，但是面对硅基负极高达100～300%的膨胀可就完全玩不转了！
在这一年诞生了一篇非常重要的论文，深刻影响了之后硅基负极负极胶的发展方向。这篇论文首次发现，原来看起来平平无奇的聚丙烯酸PAA用来粘硅基负极竟然有奇效！
负极胶3.0——PAA
而硅基负极材料的表面往往含有大量羟基，二者相遇之后就能形成足够多的酯键及氢键结构，这就直接保证了界面的粘接强度！
那么，在面对“硅基负极”膨胀时就能像石膏保护骨骼一样用外力维持住负极的结构和形态。
我们通过查询专利发现，松下的解决之道也同样是“PAA负极胶”！
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负极胶3.1——回天1206L
鉴于PAA的分子呈现出线性长链条的结构，那么从概率上来讲当“硅基负极”出现大幅膨胀时就存在“手滑”缠不住的情况。
说到此处我们要给回天的研发工程师的观察力点个赞。
因为他们注意到电池负极在绕卷入壳之后需要经过一个真空烘烤的环节，为了让负极材料在涂布后彻底挥发掉水分和溶剂，这个烘干的时间长达6小时，而且期间的温度可以达到90～120℃。
说到此处我们要给回天的研发工程师的观察力点个赞。
因为他们注意到电池负极在绕卷入壳之后需要经过一个真空烘烤的环节，为了让负极材料在涂布后彻底挥发掉水分和溶剂，这个烘干的时间长达6小时，而且期间的温度可以达到90～120℃。
从最终的效果来看，采用了这种方案的“硅基负极”在经历100次充放电循环后电容量依然保持了平稳，相比之下传统的线性PAA负极胶从第50次循环开始其电容量就呈现出了明显的下降趋势。
思路二：提高分子量
我们知道，高分子材料的分子量对于机械强度的影响是最大的。
这是因为越大的分子量就意味越多的官能团，这对于提高粘接性能至关重要；再有就是更长的分子链彼此之间也会产生更大的摩擦力，在面临负极材料剧烈膨胀时也就有了更强的内聚力了！
那么具体到PAA负极胶也是如此，此前有研究人员就专门对分子量45万和125万的两组PAA负极胶进行了对比测试，结果发现负极的分子量越大，用它粘出来的负极在经历应变的时候机械性能就越好。
这对于抵抗剧烈膨胀的“硅基负极”来说是至关重要的性能！
这个问题体现在涂布后的负极就是，负极材料就出现明显的结块团聚，这会造成负极内部电通路的中断。
而这次回天开发出来的1206L负极胶竟然解决了这个矛盾，首先它的分子量高达100万，和目前主流的PAA比起来高出了30%；同时PDI
但是它的粘度却维持在了15000～25000cps的范围，这就在不影响工艺的前提下为提升粘接强度打下了基础。
从麒麟电池，到青海湖电池，“硅基负极”技术让我们看到了产品性能升级与中国产业升级的新希望，而回天1206L负极胶的出现，不仅让“硅基负极”的早日大规模普及更进一步，也更是中国材料产业自主创新与稳步向前的又一个例证吧！