为了便于使用氟化聚偏二乙烯（PVDF）进行干法电极制备，需要使用加热的实验室压机，在不使用溶剂的情况下热激活粘合剂的粘合特性。由于PVDF是一种热塑性材料，压机必须维持超过177°C的温度来熔化粘合剂，同时施加压力将活性材料熔合在一起并将其固定在集流体上。
核心要点 在干法工艺中，热能取代了化学溶剂。在室温下，仅使用PVDF粉末无法实现结构完整性；加热压机是关键工具，通过同时熔化和压实，将粘合剂从惰性粉末转变为粘合性粘合剂。
热激活机制
达到熔点
PVDF作为一种热塑性粘合剂。在干粉混合物中，它在室温下保持固体且不具粘性。
为了激活它，环境必须超过PVDF的特定熔点，即大约177°C。加热的实验室压机确保材料在整个电极结构中均匀达到此阈值。
形成粘合性
一旦温度超过阈值，PVDF粉末就会发生固-液相变，熔化成粘稠的熔体。
这种热熔化使得粘合剂能够流动，并在活性电极材料颗粒之间建立“液桥”。冷却后，这些液桥固化，形成牢固的物理结合，将复合材料固定在一起。
热量与压力的协同作用
机械锚固
虽然热量熔化粘合剂，但高压力对于将电极组件压实成致密、粘结的整体至关重要。
压机施加显著的力（通常在10 MPa或更高范围内），将熔化的PVDF和活性材料压向集流体。这种组合确保电极膜作为一个整体发挥作用，而不是松散的颗粒集合。
提高导电性和密度
除了简单的粘合外，压机的压缩力还能实现高密度的填充。
通过减小涂层厚度和消除多余的孔隙，压机增加了活性材料与导电添加剂之间的接触点。这导致接触电阻降低，体积能量密度提高。
增强结构完整性
压力的精确施加确保了整个表面区域的均匀粘合。
这可以防止在电池充放电循环过程中发生的膨胀和收缩期间发生结构剥离或分层。
理解权衡
温度精度与材料降解
虽然高温是必需的，但过高的温度会降解电极混合物中的其他组件，或使PVDF超出其有用状态。
实验室压机必须提供精确的热控制。如果温度过低（低于177°C），PVDF将不会熔化，导致形成易碎、粉状且无粘合性的薄膜。
结晶度和材料性能
材料的热历史——加热和冷却的方式——会影响PVDF的内部结构。
热量和压力的特定组合可以促进特定晶体结构（如β相）的形成。虽然这可以增强传感器中的压电性等性能，但在电池应用中，不受控制的结晶变化会不可预测地改变电极膜的机械柔韧性。
根据目标做出正确选择
在选择设备或设计工艺参数时，请考虑您的主要目标：
- 如果您的主要关注点是机械粘合：优先选择能够维持远高于177°C温度的压机，以确保PVDF粘合剂完全熔化并牢固固定。
- 如果您的主要关注点是电性能（低ESR）：优先选择具有高压力的压机，以最大化压实度，减少颗粒间的孔隙率和内阻。
- 如果您的主要关注点是工艺一致性：确保压机提供均匀的热分布，以防止粘合剂无法激活的局部“冷点”。
干法电极制造的成功取决于在熔化粘合剂所需的热能与使结构致密化所需的机械力之间取得平衡。
总结表：
| 特性 | PVDF激活要求 | 对电极质量的影响 |
|---|---|---|
| 温度 | > 177°C（熔点） | 将PVDF从惰性粉末转变为粘合熔体 |
| 压力 | ≥ 10 MPa | 实现机械锚固和高密度 |
| 均匀性 | 精确的热控制 | 防止分层并确保粘合一致性 |
| 机制 | 相变 | 用热能取代化学溶剂 |
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参考文献
- Jihee Yoon, Insung Hwang. Recent Research Trends in Solvent-free Fabrication Methods for Lithium-ion and Next-generation Batteries. DOI: 10.31613/ceramist.2025.00318
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
