PVDF,即聚偏氟乙烯,是由1,1-二氟乙烯(VDF)單體經(jīng)自由基聚合而成,兼具氟樹脂與通用樹脂的特性,是一種綜合性能優(yōu)異、用途廣泛的熱塑性氟塑料。
PVDF開始廣泛應(yīng)用于建筑涂裝、化工廠塑鋼、壓力通風(fēng)系統(tǒng)電纜、以及半導(dǎo)體工業(yè)中高純液體管路材料等領(lǐng)域,市場迅速增長;20世紀(jì)末、21世紀(jì)初,憑借優(yōu)異的性能,PVDF開始應(yīng)用于鋰電池電極粘結(jié)劑和隔膜材料。
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PVDF中氟原子的極化率很低,所以其聚合物還表現(xiàn)出高度的絕緣性。除高度的穩(wěn)定性和絕緣性外,PVDF還具有極佳的耐候性、耐熱性、高機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性等性能。
鋰離子電池一般使用有機(jī)溶劑作電解液,且在高電壓下工作,因此對(duì)所用的粘結(jié)劑性能要求高。鋰離子電池用粘結(jié)劑既需要能被有機(jī)電解液浸潤,又能抵抗其侵蝕,不溶解,少溶脹,在有機(jī)電解液環(huán)境下也能保持良好的粘結(jié)性能。
此外,對(duì)于正極粘結(jié)劑,要求其電化學(xué)穩(wěn)定性良好,分解電壓在4.5 V以上 (分解電壓即電解質(zhì)在電極上分解所需施加的最小電壓,這里主要以鋰電極做參比,粘結(jié)劑若分解電壓較低,則容易在電池工作中被分解,不利于鋰電的正常運(yùn)轉(zhuǎn))。
由于PVDF具有優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性,可有效抵抗極性有機(jī)溶劑電解液的侵蝕,同時(shí)具有較好的粘結(jié)性能,因此在鋰電池正極粘結(jié)劑中被廣泛使用,目前占比可達(dá)90%,而石墨負(fù)極主要使用水系粘結(jié)劑丁苯橡膠乳液(SBR),同時(shí)配合羧甲基纖維素鈉(CMC)作為增稠劑避免漿料沉降。但由于SBR中含有不飽和鍵,在高電壓下容易氧化,并且水對(duì)正極材料有害,因此不適合做正極粘結(jié)劑。
為了有效提升能量密度,鋰電池粘結(jié)劑需要用量少并能起到良好的粘結(jié)作用。為了保證較好的粘結(jié)性能,電池級(jí)的PVDF一般需要具有高分子量,一般在110萬以上。
同時(shí),為了避免水對(duì)鋰離子電池造成危害,還要求粘結(jié)劑含水量較低。此外,為了保證鋰離子電池的一致性,電池廠家對(duì)采購的PVDF不同批次性能一致性要求也非常高。
隨著鋰電池向能量密度更大和功率更高的方向發(fā)展,需要高性能的隔膜涂層來進(jìn)一步提升電池的性能,主流的隔膜涂覆材料包括高純氧化 ,PVDF和陶瓷涂覆的比例在不斷提升。雖然目前用于隔膜涂層的PVDF較少,但隨著涂敷隔膜在鋰電中的應(yīng)用進(jìn)一步滲透,預(yù)計(jì)PVDF作為隔膜涂層的需求也將進(jìn)一步釋放。
電池級(jí)PVDF材料與普通PVDF相比,電池級(jí)PVDF材料技術(shù)壁壘高,表現(xiàn)在高粘度、分子量分布窄、高純度及高柔韌性等方面。
據(jù)公開資料報(bào)道,電池級(jí)PVDF產(chǎn)品售價(jià)比普通PVDF產(chǎn)品貴30%~100%。
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