聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在锂电池与导电材料中的应用

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是一种非离子型高分子化合物，由N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）在特定条件下聚合而成。在锂离子电池领域，PVP被广泛应用作电极材料的分散剂和导电材料的加工助剂，以优化电池的性能和稳定性。

● 锂电池正极材料PVP分散剂

浆料在锂离子电池生产中非常重要。电池质量的70%与极片质量有关，而极片质量的70%又依赖于浆料质量。因此，制备优质的浆料可以说是电池制造过程中的核心步骤之一，它直接影响着电池性能和稳定性。

锂离子动力电池的浆料通常由几种主要成分组成，包括活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂。在正极片制备的过程中，材料的干燥、溶胶和浆料的三个步骤，直接决定了浆料的最终质量和特性。

正极材料在均质过程中很难实现有效的分散，因此通常需要添加分散剂。常见的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。由于它们的导电性相对较低，为了提高其导电性，通常需要添加导电剂，如石墨烯或碳纳米管等。

特别是对于磷酸铁锂等超细正极材料，其粒径小、比表面积大，因此在均质过程中更加难以分散均匀。这可能导致浆料的粘度过高或者固含量过低，进而影响到包覆的质量，甚至使得包覆过程难以进行。因此，选择合适的分散剂对于确保正极浆料的良好分散至关重要。

PVP是锂离子电池正极浆料理想的分散剂，PVP分子结构中含有强极性内酰胺亲水基团和CC长链亲油基团，能与多种溶剂有很好的相容性，同时能通过空间位阻作用包覆在颗粒表面形成良好的分散效果。

在电池正极浆料中添加适量的PVP，可以明显改善浆料的分散性，使得浆料由牛顿流体变成非牛顿流体，浆料的黏度稳定在较低的水平，有利于降低正极的阻抗，提高电池的性能。

● PVP作为锂离子电池辅助材料加工助剂

碳纳米管导电剂可以提高锂离子电池的能量密度，导电浆料是将导电剂均匀分散在溶剂中形成的浆体，而碳纳米管导电剂是将碳纳米管作为导电剂分散在分散溶剂中形成的浆体。

碳纳米管导电剂作为锂离子电池新型导电剂，可提高电池的电导率，且添加量比传统炭黑导电剂减少60%-70%，同时可减少粘合剂的用量，可显著提高锂离子电池的能量密度。

PVP可以显著改善碳纳米管在水、有机溶剂和其他基质中的分散性能。CNT重量轻，六边形结构完美连接，具有许多不寻常的机械、电学和化学特性。由于管间强大的范德华力，碳纳米管会形成束或相互缠绕，导致团聚，这严重限制了它们的机械、热学和电学应用。

PVP是一种具有特殊结构的两亲性聚合物，吡咯烷酮基团为亲水基团，主链为C−C 键合的疏水段，具有亲油性，因此可溶于水或醇、羧酸、胺烷等有机溶剂。

将具有两亲性结构的聚合物PVP引入到CNT表面，可显著改善CNT在水、有机溶剂等基质中的分散性能。

中分子量PVP K25、PVP K30对多壁碳纳米管的分散效果最好，浆料粘度较低，呈现近牛顿流体的特征，分散的多壁碳纳米管颗粒均匀，平均粒径相对较小，稳定性好。

同时它的电阻率也较低，而吸附容量高于低分子量PVP K17和高分子量PVP K90，并且对多壁碳纳米管表面起到了更好的空间位阻修饰效果，使得多壁碳纳米管之间几乎呈单根分散，缠结现象明显减少。

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