聚偏氟乙烯樹脂(PVDF)是僅次于聚四氟乙烯樹脂(PTFE)的第二大含氟樹脂品種,兼具含氟樹脂和通用樹脂的特性。
它具有比一般含氟樹脂更高的機械強度,具有良好的耐化學(xué)藥品腐蝕,耐高溫、耐氧化、耐侯、耐紫外線、耐輻照等特性。
此外,還有良好的壓電性、熱電性等特殊電性能,可廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備、電子電氣和建筑涂料等領(lǐng)域。
目前,市場上被廣泛使用的正極粘合劑的主要化學(xué)成分便是聚偏氟乙烯(PVDF)。PVDF的合成方法包括懸浮聚合和乳液聚合,這兩種聚合方法間的區(qū)別如下所示:
對于不同的正極材料,可以應(yīng)用不同方法合成的PVDF,同時也要和相應(yīng)的勻漿工藝結(jié)合起來進(jìn)行,才能達(dá)到一個良好的效果。
正極粘結(jié)劑PVDF的影響因素?
PVDF根據(jù)分子鏈和分子量的大小可以分為多種,,例如7200/5100/9100/9300等。市場上PVDF有粉體和膠液兩種類型產(chǎn)品,為了降低成本,大多數(shù)廠家選擇購買PVDF粉體打膠后投入使用,或者直接投入制漿工藝。
常規(guī)的PVDF之所以可以做成粘合劑,得益于其分子結(jié)構(gòu)的范德華力,也就是分子間作用力起粘結(jié)作用;有些改性的PVDF,其作用機理有兩部分,一部分是高分子量所帶來的范德華力,另一方面是由于改性所導(dǎo)致的和箔材之間的化學(xué)鍵的作用。
影響PVDF粘結(jié)性的影響因素主要有分子量大小、結(jié)晶度、PVDF改性、正極材料及導(dǎo)電劑種類等。PVDF分子量越大,粘結(jié)性越強,極片的剝離強度就越大。結(jié)晶度越高,分子鏈之間堆砌的更加緊密,分子間作用力更大,粘結(jié)性更好。PVDF用作鋰電池粘結(jié)劑具有良好的性能,影響其使用的主要是PVDF粉末在NMP溶劑中的溶解程度和水分影響。
PVDF高分子材料在溶劑中的溶解主要受結(jié)晶度、粉末粒徑、分子量大小、極性以及溶解溫度的影響。結(jié)晶度越高,溶劑就很難滲透進(jìn)溶質(zhì)分子,溶解緩慢;粒徑越大,PVDF溶解越慢;分子量越大,PVDF的溶解度越小,相同濃度的膠液粘度就越高;一定范圍內(nèi),,溫度越高越有利于粉末的溶解,不過高于70℃的溶解溫度可能造成PVDF的降解。
除了PVDF粉末的溶解外,對于NMP溶劑的水分要特別控制,NMP吸水程度要比正極活物質(zhì)、導(dǎo)電劑等材料吸水嚴(yán)重。
PVDF行業(yè)內(nèi)早期僅外企索爾維、阿科瑪、掌握鋰電池級PVDF的生產(chǎn)工藝,并且采取技術(shù)封鎖,市場由這幾所企業(yè)壟斷。
目前國產(chǎn)鋰電池級 PVDF 在低端領(lǐng)域用量較大,然而,目前高端鋰電池基本仍然使用進(jìn)口PVDF材料,其市場空間大約為249億。