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目前锂电池正极片主要采用油系浆料涂布方法来制备，浆料的主要成分为活性物质（LFP/LCO/LMO/NCM/NCA）、导电剂、粘结剂（PVDF）和溶剂（NMP）组成。在制浆过程中PVDF粘结剂溶解分散在NMP溶剂中制成胶液，与其他组分混合后获得正极浆料。同时为了满足涂布加工要求，浆料的粘度不能超出涂布窗口范围，通过控制NMP溶剂加入量进行浆料粘度调节，最终浆料的固含量控制在50~70%范围，因此浆料中仍包含30~50%的NMP溶剂。如图1所示为NMP的基本特性，常压下其沸点为204℃，闪点为95℃，燃点为346℃，燃烧热为3010kJ/mol。NMP是一种极性非质子传递溶剂，其溶解性好，能与大部分有机物互溶，化学稳定性和热稳定性优良，因此被广泛用于石油、医药、化工、锂电等领域。但作为锂电池浆料溶剂的NMP有毒、易燃易爆、价格昂贵，因此需对涂布机单元进行防爆处理，同时增添回收系统进行NMP溶剂的回收再利用。 
图1 N-甲基吡咯烷酮（ NMP）基本特性 除了毒性和成本之外，NMP还易于吸收空气中的水分和氧气而分解，因此其存储对环境温湿度和氧含量等都有较为严格的要求。NMP的纯度对胶液的稳定性和粘结性能 也会产生影响，如图2所示NMP中不同游离胺含量引起PVDF变质导致的颜色变化。
图2 NMP纯度（游离胺含量）对PVDF胶液的影响 那么溶解PVDF粘结剂的NMP能否采用其他毒性更低、更安全、成本更低、更环保甚至可直接排放的溶剂替代呢？乌克兰基辅国立技术与设计大学的O. Chernysh等人采用二甲基亚砜（DMSO）为溶剂制备石墨负极和电容器，结果表明DMSO可替代NMP用于锂电池极片和电容器的制备。DMSO是一种两性非质子溶剂，其毒性比丙酮、二甲基乙酰胺（DMAC）、二甲基甲酰胺（DMF）低，DMSO广泛用于化妆品和制药行业。如图3所示为实验中采用不同PVDF和溶剂（NMP和DMSO）制备粘结剂胶液粘度数据，不同PVDF粘结剂在分子量、亚结构、支链单体以及是否存在表面活性剂或增塑剂方面有差异，结果表面相同PVDF采用不同溶剂值得的胶液粘度相差较小，因此采用DMSO替代NMP制胶满足涂布加工性。另外PVDF2对应的胶液粘度最小，可见不同类型的PVDF对胶液流变性产生较大影响。
图3 DMSO溶剂对PVDF胶液粘度的影响
将DMSO为溶剂的负极浆料涂布在铜箔上，初期室温涂布结果如图4所示，极片涂布均匀性较差，出现明显的分布不均匀（a）和团聚、气孔等涂布缺陷（b）。为了进一步分析失效原因，如图5所示采用滴液法测定胶液在不同箔材的接触角，试验结果如图6所示。
图4 DMSO负极浆料室温涂布相貌 
图5 PVDF胶液在不同箔材表面的接触角测定 
图6 温度和箔材类型对PVDF胶液接触角大小的影响 - PVDF相同时，相同温度下以DMSO为溶剂的胶液在相同箔材表面的接触角更大，胶液润湿性较NMP制得的胶液差。
- 溶剂相同时，相同温度下不同PVDF制备的胶液在箔材表面的接触角相差较小，润湿性受PVDF类型的影响较小。
- 对应不同的铝箔，随着其表面粗糙度的增加，胶液润湿性提高，刻蚀铝箔相对光面铝箔显著改善胶液润湿性。
与铝箔相比，PVDF胶液在铜箔表面的润湿性较差。
DMSO的熔点为18.5℃，温度较低时其为有序结构，温度升高到40~60℃其有序结构被破坏，从而提高了浆料润湿性。如图7所示为40℃的负极浆料涂布在40℃铜箔获得的极片，该极片结构和涂层粘附强度与采用NMP为溶剂制得的的电极相当，无明显差别。如图8所示，电化学性能测试结果明DMSO为溶剂制备的石墨负极0.1C放电比容量为350mAh/g，不可逆容量损失为35mAh/g，与采用NMP溶剂电极无明显差别。循环性能对比采用DMSO溶剂的电极循环稳定性不如NMP。图7 40℃浆料在热箔材表面涂布后的极片形貌 
图8 浆料溶剂对石墨负极电化学性能的影响 同样地，采用不同溶剂制备超级电容器的负极，电容及内阻测试结果如图9所示，不同溶剂制备的电极比电容和内阻相当，无明显差别。循环性能对比（如图10），采用DMSO对应的电容器电极表现出明显的衰减。X-ray荧光光谱分析表明（图11所示），DMSO电极中残留含硫化合物，DMSO干燥时发生热分解：
部分含硫化合物包覆石墨表面。含硫化合物导致副反应的产生，从而加速自放电及降低电压平台，不利于电容器电极的循环性能。
图9 不同溶剂对电容器电极电容和内阻的影响 图10 溶剂对电容器电极循环性能的影响（红色为DMSO，蓝色NMP）
图11 X-ray荧光光谱分析（3.2为PVDF-DMSO溶剂，1为PVVDF-NMP溶剂） 为了去除含硫化合物的影响，采用乙醇对干燥极片进行清洗，X-ray荧光光谱分析如图12所示，乙醇清洗后极片中无含硫化合物，因此可减少DMSO引入的含硫化合物的不利影响。
图12 乙醇清洗对极片含硫化合物的影响 总结 当前以NMP为溶剂制备锂电池极片存在诸多问题，为了提高生产效率、降低生产成本、减少环境污染、省去溶剂回收的设备投入和生产空间，十分有必要开发新型溶剂应用锂电池油性浆料制备。采用二甲基亚砜为溶剂制备锂电池极片具有可行性，但仍存在含硫化合物残留及清洗等问题。此外浆料流变性及极片涂布润湿性等方面考虑，开发和选择合适的PVDF类型、集流体表面处理及浆料温度控制等对提高涂布加工性和电极性能具有重要意义。本文来源：锂电日记
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