PVDF性能及其对锂电池性能的影响

PVDF（聚偏氟乙烯）是一种高度非反应性的热塑性含氟聚合物，常用于锂离子电池粘结剂。它具有良好的机械强度、化学稳定性和热稳定性。PVDF在电池的性能方面起着重要作用，包括容量、循环寿命、内阻和快充内压等。

01

粘结剂的作用及性能

均匀性和安全性：确保活性物质在制浆过程中均匀分散，提高制备过程效率，并降低活性物质的风险。

键合活性物质颗粒：增强颗粒之间的结合力，提高材料的机械强度和稳定性。

活性物质与收集液结合：帮助活性物质与收集液形成化学或物理键合，实现有效的分离和提取。

保持活性物质与聚集体之间的结合：提供粘合力，确保活性物质牢固地附着在聚集体上，保持稳定性和持久性。

促进SEI膜形成：在电池等能源储存领域，形成固体电解质界面（SEI）膜，提高电池的循环稳定性和寿命。

02

PVDF粘结剂特点

PVDF（聚偏二氟乙烯）是一种半结晶聚合物，具有高结晶度和高熔融温度。然而，在电池的常规使用温度下，PVDF的高结晶性会导致带有电解液的分子难以循环，从而增加电池的充放电负荷。

此外，如果电池的干燥速率不适当，PVDF的收缩率与集电体的收缩率不匹配，导致涂层与集电体分离。随着时间的推移，由于电极内部的应力作用，电极层可能会部分或完全从集电体上剥离，导致负载特性不佳和容量衰减。

为了解决上述问题，经过深入研究和试验，在PVDF的聚合过程中引入少量极性单体与偏二氟乙烯（VDF）共聚，制备了PVDF共聚物。

这种带有极性基团的PVDF共聚物可以显著改善粘结剂的粘结性能，防止电极脱落，同时大幅减少粘结剂的使用量。这使得电池能够具有更高的能量密度、更低的内阻、更好的功率性能和更长的循环寿命。

03

粘结剂对电池性能的影响因素

(1)粘结剂与电极之间的反应；(2)粘结剂对电池低温性能的影响；(3)粘合剂、活性物质和导电剂的协同作用；(4)粘结剂的放热反应；(5)锂离子和电子在粘结剂中的传导；(6)粘合剂和集电体附着力对电池性能的影响；(7)电极制备方法对电池性能的影响；(8)粘结剂中的杂质对电池性能的影响。

锂电池中粘结剂的选择与性能

锂离子电池的特点包括锂嵌入和释放引起的膨胀和收缩，需要粘结剂来缓冲这种变化。锂离子电池在干燥过程中可能达到高温，因此粘结剂必须能够承受高温（如200℃）。

常用的粘结剂包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）以及聚偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）。

粘结剂的选择对电极性能至关重要，应具备低欧姆电阻、在电解液中稳定、不膨胀、不松散、不脱落粉末的性能。

粘结剂的相对分子量也会影响其性能，低相对分子量的粘结剂粘附力较低但粘附性好，高相对分子量的粘结剂内聚力大但粘接性能较差。

因此，在选择粘结剂时需要考虑相对分子质量的适当性。

此外，在锂电池制备过程中，粘结剂的柔韧性也很重要，取代基较少的粘结剂通常具有较好的柔韧性。

▲声明：观点仅代表作者本人，不代表伊斯特立场，部分资讯及图片来自网络如有侵权或其他问题，请联系删除。