SBR

1. 基本定义与作用

• 定义：SBR是一种合成橡胶，由苯乙烯（Styrene）和丁二烯（Butadiene）通过乳液聚合或溶液聚合形成的共聚物，在锂离子电池中主要作为负极粘结剂使用。
• 核心功能：
  
  • 粘结作用：将负极活性物质（如石墨、硅基材料）、导电剂（炭黑、CNTs）与集流体（铜箔）粘合，形成稳定电极结构。
  • 缓冲体积变化：适应充放电过程中活性物质的膨胀/收缩（尤其对硅基负极至关重要）。
  • 电解液浸润：多孔结构促进电解液渗透，提升离子传输效率。

• 分子结构：
  
  • 苯乙烯（刚性链段）提供机械强度和粘结性，丁二烯（柔性链段）赋予弹性。
  • 苯乙烯含量通常为20%~40%（电池用SBR多为低苯乙烯型，如SBR 1502）。
• 关键特性：
  
  • 柔韧性：高伸长率（>500%），缓解电极应力开裂。
  • 耐电解液性：对碳酸酯类电解液（EC/DMC）溶胀率低（<10%）。
  • 热稳定性：玻璃化转变温度（T_g）约-50~-30°C，低温性能优异。
  • 分散性：与羧甲基纤维素钠（CMC）联用，形成均匀浆料。

• SBR/CMC复合体系（主流方案）：
  
  • CMC：增稠剂，提供浆料流变性和初始粘结力。
  • SBR：成膜后提供长期柔韧性和动态粘结力。
  • 典型配比：石墨负极中SBR添加量1~3%，CMC 1~2%（占活性物质质量比）。
• 单独使用：
  
  • 需添加分散剂（如PAA），适用于薄电极或低膨胀体系。

• 粘结强度：
  
  • 剥离强度 ≥1.0 N/mm（铜箔与极片间，ASTM D903标准）。
• 溶胀率：
  
  • 在电解液中浸泡72小时后体积膨胀率 <15%。
• 浆料稳定性：
  
  • 静置24小时粘度变化率 <5%（Brookfield粘度计测试）。
• 循环耐久性：
  
  • 经历500次充放电循环后，电极结构完整性保持率 >90%。

1. 乳液聚合（主流工艺）：
   
   • 苯乙烯与丁二烯在乳化剂（如十二烷基硫酸钠）、引发剂（过硫酸钾）作用下共聚，生成SBR胶乳（固含量40%~60%）。
   • 后处理：通过凝聚、干燥获得固体SBR，或直接以胶乳形式用于电极浆料。

1. 溶液聚合：
   
   • 在有机溶剂（如己烷）中聚合，产物分子量分布更窄，但成本高，环保性差。

• 石墨负极：
  
  • 传统石墨电极中，SBR/CMC体系为行业标准（如动力电池、3C电池）。
• 硅基负极：
  
  • 高弹性SBR（如苯乙烯含量<25%）用于缓冲硅颗粒300%的体积膨胀。
• 钠离子电池：
  
  • 适配硬碳负极，解决钠离子嵌入导致的电极粉化问题。
• 柔性电池：
  
  • SBR的柔韧性支撑可弯曲电极结构设计。

• 粘结力与柔韧性平衡：
  
  • 高苯乙烯含量提升粘结强度但降低弹性，需优化共聚比例。
• 电解液兼容性：
  
  • 高压电解液（如含FEC添加剂）可能加速SBR溶胀或降解。
• 工艺适配性：
  
  • 胶乳型SBR需严格控温（避免破乳），增加涂布难度。
• 环保要求：
  
  • 传统制备工艺含VOCs排放，需转向水性化或生物基单体。

• 功能化改性：
  
  • 引入极性基团（如羧基、羟基）提升与硅颗粒的界面结合力。
  • 开发自修复SBR（动态可逆键合），延长电极寿命。
• 复合粘结剂：
  
  • SBR与聚丙烯酸（PAA）、聚酰亚胺（PI）共混，兼顾强度与耐温性。
• 绿色制造：
  
  • 生物基SBR（如以植物源性丁二烯为原料），减少碳足迹。
• 适配新技术：
  
  • 厚电极（>200 μm）用高粘结力SBR，减少裂纹产生。
  • 预锂化SBR体系，补偿活性锂损失