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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PVDF在锂电池中主要应用在正极粘结剂和隔膜涂覆两个方面。

知道的越多，疑惑的越少，本期带大家了解PVDF在锂电相关的应用，以及锂电级PVDF的性能。

首先，作为正极粘结剂，PVDF能够连接正极活性物质、导电剂和集流体，从而降低电极阻抗和电池极化。

由于其耐高压能力强、热稳定性好以及易于分散的特点，PVDF是最常用的正极粘结剂，占据了约90%的市场份额。

相比之下，水系粘结剂由于耐高压性能差、对正极材料造成损害以及难以干燥等缺点，市场份额较小。

随着高压高能量密度电池体系的迅速发展，高压稳定性成为粘结剂的重要指标。因此，相比水系粘结剂，具有宽电化学窗口的PVDF更加不可替代。

其次，PVDF还用于隔膜涂覆，可以提高耐高温性能、增加电解液保液量以及提高高压状态下电池的安全性。

传统有机隔膜（如PP和PE）在使用过程中存在熔点低、机械强度不够以及受热收缩率高等问题，极端情况下可能导致电池短路并引发热失控，存在燃烧和爆炸的安全隐患。

因此，对隔膜进行涂覆是提高电池性能的有效途径。除了PVDF可用于隔膜涂覆外，高纯氧化铝、勃姆石、芳纶纤维以及其他纳米复合材料等也是可选材料。

在锂电隔膜涂覆领域，PVDF并不是唯一的选择，存在一定的可替代性。

与普通PVDF相比，锂电级PVDF具有很高的技术壁垒：

1. 高粘度：为了提高电池的能量密度，使用PVDF作为锂电粘结剂时需要较小的添加量，通常在1.5%至4%之间。

因此，锂电级PVDF需要具备较高的粘结力，即较高的分子量。例如，阿科玛的KynarHSV900分子量为100万，索尔维的Solef5130分子量在100-120万之间。

2. 分子量一致性：锂电级PVDF需要具备很高的分子量一致性，这就要求具备高精度反应釜和先进的反应过程控制技术。

在实际生产过程中，容易发生副反应导致产品分子量呈三段分布：

分子量小的易溶但性能不稳定；分子量大的难溶且大多只是溶胀，性能难以完全发挥；分子量合格的使用性能达标。

3. 高纯度：电池运行中杂质会干扰电化学反应，进而影响电池寿命。

4. 高柔韧性：生产过程中电池受到很多机械压力，因此需要电池弯曲后粘结剂保持粘结力而不致开裂。

以上就是关于PVDF的全部介绍，相信随着科技的不断进步，PVDF将在更多领域发挥重要作用。感谢大家的收看，我们下期再见！

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基于政策的大力扶持和企业自主创新的推动，我国的光伏和锂电产业在全球居于领先地位，实现从无到有、从有到强的跨越式发展。
随着技术的不断创新和市场需求的增长，这两个领域将继续引领能源科技的发展，为实现全球能源转型和碳中和目标做出重要贡献。
知道的越多，疑惑的越少，本系列我们要介绍的是一种在锂电和光伏领域备受瞩目的明星氟聚合物——PVDF。讲PVDF之前，让我们来了解一下什么是氟聚合物。

氟聚合物是指高分子聚合物中和C-C链相连接的氢原子全部或部分被氟原子所取代的一类聚合物。它们通常拥有其他聚合物所不具备的优良性能，因此被称为氟聚合物。

而氟树脂和氟橡胶由于具有很多相似之处，所以被统称为氟聚合物。接下来，我们要重点介绍的是聚偏氟乙烯（PVDF）。

PVDF是VDF的均聚物或少量改性单体和VDF的共聚物，属于可熔融加工氟树脂。它是市场规模仅次于PTFE的第二大氟树脂。

PVDF的推荐使用温度为-60℃至150℃，具有良好的抗化学腐蚀、抗水解、抗紫外线和耐气候性能。它的机械强度优于其他氟树脂，可燃性低，电绝缘性能好。

那么，PVDF是如何合成的呢？

PVDF由VDF聚合得到，聚合时可以加入共聚单体如HFP、CTFE、TFE以改性，通常是为了提高冲击强度和伸长率。

VDF生产PVDF的聚合是由自由基加成聚合，聚合方法有乳液聚合、悬浮聚合和溶液聚合。在工业化生产中，无论是VDF的均聚物还是以VDF为主体的共聚物，乳液聚合和悬浮聚合都占有绝对优势。

最后，让我们来看看PVDF的应用领域。根据加工工艺和用途的不同，PVDF可分为涂料级、注塑级、水处理级、隔膜级、光伏级和锂电级。

其中，涂料和注塑是传统的应用领域，而锂电和光伏则是其新兴领域需求。从2022年下游消费结构来看，锂电已成为国内PVDF的第一大应用领域。

它不仅在传统领域中有着广泛的应用，而且在锂电和光伏领域也展现出了巨大的潜力。下期我们让我们继续了解聚偏氟乙烯，感谢大家的收看，我们下期再见！