PVDF 產(chǎn)品性能存在較大差異,可分為常規(guī)級產(chǎn)品和鋰電級產(chǎn)品;常規(guī)級PVDF 產(chǎn)品主要用于制備涂料、耐腐蝕塑料、濾膜、光伏背板膜等;鋰電級 PVDF 主要用于制備鋰電池正極油性粘結(jié)劑,用量較小,但相比常規(guī)級 PVDF 性能要求較高,市場價(jià)值也較高。
PVDF 在鋰電池中應(yīng)用于正極粘結(jié)劑和隔膜涂敷,適配鋰電池的工作環(huán)境主要得益于其優(yōu)質(zhì)的耐老化性、低介電損耗,以及在電極溶劑中的耐溶脹性。
耐老化性:具備較長的循環(huán)壽命;
低介電損耗:對于電極的充放電干預(yù)較少;
耐溶脹性:溶解于正極漿料溶劑 NMP 且不易溶脹,電池粘結(jié)劑溶脹會(huì)導(dǎo)致極片的厚度增加膨脹,不利于電池的充放電循環(huán)。
PVDF 是非同質(zhì)化產(chǎn)品,存在牌號差異。
PVDF 產(chǎn)品的非同質(zhì)源于分子量、平均聚合度、端基、共聚時(shí)添加單體的不同等,不同型號的 PVDF 產(chǎn)品適配不同應(yīng)用場景。除去高端鋰電粘結(jié)劑產(chǎn)品外,常規(guī)級 PVDF 應(yīng)用于涂料、注塑、濾膜、光伏背板、隔膜涂敷等領(lǐng)域。
PVDF 生產(chǎn)廠商根據(jù)不同的下游應(yīng)用場景,生產(chǎn)定制化產(chǎn)品。
以國外進(jìn)口產(chǎn)品比利時(shí)-索爾維 Solef PVDF材料為例,其 PVDF 氟樹脂產(chǎn)品有多種型號,分為PVDF懸浮和PVDF乳液等,鋰電池粘結(jié)劑 PVDF 產(chǎn)品價(jià)格相對較高。
常規(guī)級 PVDF 往往作為特種材料,滿足較高的耐候性、耐腐蝕性等要求。
涂料領(lǐng)域:PVDF 涂料采用 PVDF 氟樹脂和耐候性極好的特殊顏料為主要成分,戶外使用達(dá) 20 年以上,寫字樓、商業(yè)建筑、機(jī)場等建筑主要選用 PVDF 涂料。
注塑領(lǐng)域:PVDF 加工性能優(yōu)異,可通過擠出成型等方法加工為薄膜、片材、管材、棒材等,具備良好的耐化學(xué)性、加工性、抗疲勞和蠕變性,常用于反應(yīng)釜。
光伏領(lǐng)域:PVDF 是優(yōu)異的光伏背板氟膜材料,阻燃性好于傳統(tǒng) PVF 材料,優(yōu)秀的耐候性使 PVDF 能長時(shí)間曝光于陽光、空氣中不老化,使用壽命可達(dá) 50 年。
濾膜領(lǐng)域:PVDF 不易吸附有機(jī)物,具備良好抗污性能,相對于 PES/PS/PVC 膜等材料具有耐氧化性,耐頻繁化學(xué)清洗,機(jī)械強(qiáng)度高。
鋰電粘結(jié)劑 PVDF 在全部正極粘結(jié)劑的市場滲透率高達(dá) 90%。
PVDF 在正極上可以粘接活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體,保持活性物質(zhì)制漿時(shí)的均勻性和穩(wěn)定性,提供電極內(nèi)所需的電子傳導(dǎo),對電池的容量維持、使用壽命、穩(wěn)定性等起到至關(guān)重要的作用。
鋰電粘結(jié)劑 PVDF 在其應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)無成熟替代品,需求具備剛性。
常規(guī)級 PVDF 在涂料、注塑領(lǐng)域的應(yīng)用主要因?yàn)槠湎鄬鹘y(tǒng)樹脂材料更為穩(wěn)定,起到“錦上添花”的作用,存在替代品;在光伏背板氟膜領(lǐng)域受雙玻組件占比上升影響,存在被逐漸替代的可能性;在隔膜涂敷領(lǐng)域受到 PAA、PMMA 等替代材料沖擊。鋰電粘結(jié)劑 PVDF 是鋰電池的核心輔材,與溶劑 NMP 經(jīng)過復(fù)雜的比例調(diào)整搭配使用。粘結(jié)劑用量較小,但性能優(yōu)劣直接影響電池的各項(xiàng)電化學(xué)性能,即使有新型粘結(jié)劑的出現(xiàn),實(shí)際應(yīng)用前也須通過下游漫長而嚴(yán)苛的測試。因此鋰電粘結(jié)劑 PVDF 具備較強(qiáng)的需求剛性。
當(dāng)前常規(guī)級 PVDF 的生產(chǎn)技術(shù)已較為成熟,幾乎不存在技術(shù)壁壘,鋰電粘結(jié)劑 PVDF 生產(chǎn)技術(shù)要求較高,只有少數(shù)國外企業(yè)掌握并具備量產(chǎn)能力。由于技術(shù)壁壘高,少數(shù) PVDF 能夠量產(chǎn)通過電池廠商驗(yàn)證的鋰電粘結(jié)劑 PVDF 產(chǎn)品,2021 年我國鋰電粘結(jié)劑 PVDF 年產(chǎn)能預(yù)計(jì)僅 1.9 萬噸/年。
常規(guī)以均聚為主的 PVDF 產(chǎn)品難以滿足鋰電池粘結(jié)劑的使用要求。具體表現(xiàn)為:易結(jié)晶使得電解液分子難以流通,充放電復(fù)合增大;收縮率和集流體的收縮率差異較大,活性物質(zhì)易從集流體剝離;分子量不足導(dǎo)致粘結(jié)能力不足等。因此鋰電粘結(jié)劑 PVDF 一般選用 PVDF 均聚物改性,以解決降低結(jié)晶度、提高粘結(jié)性、適當(dāng)?shù)姆肿淤|(zhì)量和對電解液的溶脹性等問題。聚合物改性的方法、共聚單體的選取、設(shè)備參數(shù)的設(shè)定等都需要復(fù)雜的研發(fā)、測試,難度較大。由于技術(shù)壁壘高,少數(shù) PVDF 能夠量產(chǎn)通過電池廠商驗(yàn)證的鋰電粘結(jié)劑 PVDF 產(chǎn)品,目前還是國外廠家索爾維的 Solef PVDF等產(chǎn)品占領(lǐng)主要市場。
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