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  • 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。

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    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。

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    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。

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    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。

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