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pvdf在锂电池中的作用与应用

pvdf在锂电池中的作用与应用

PVDF分为均聚物和共聚物,其中PVDF共聚物又叫做聚偏二氟乙烯,它最适用于锂电行业中,用作锂电粘结剂,锂电隔膜等,现在就带大家来详细了解PVDF在锂电行业中的应用:

电池隔膜被称作电池的“第三电极”,置于电池两极之间,起到允许离子通过,不允许电子透过的作用,是电池的心脏。电池隔膜的优劣直接影响到电池的使用寿命和贮存寿命,直接制约着电池的发展和电子产品的进步。

隔膜又称为隔板或隔离物,存在于电极两极之间。有薄膜,板型,棒型等形状,其工作原理是阻止电池两极活性物相互接触,防止电池内部短路。在有的特殊性能的电池中,隔膜还会起到吸附电解液的作用。所以隔膜应厚度均一,有适宜的孔径、孔隙率和透气率;有良好的机械强度、化学稳定性及尽可能低的电阻率;能够有效的阻止两极活性物的接触;有良好的吸收和保持电解液的能力。电池隔膜的成本一般占整个电池成本的20~30%,如果能够研发出成本低,工艺简单,孔径适中,孔隙率高,有足够机械强度和优良性能的微孔聚合物隔膜和非织造腊,有利于提高电池的综合性能和降低成本。

聚偏二氟乙烯PVDF共聚物之于锂电行业中的应用

图一 PVDF 来源:网络

聚偏氟乙烯( PVDF) 中由于碳氟键( -C-F-) 键能较强, 并且每两个氟原子包围着一个碳原子, 使得碳原子不容易与其它原子反应, 因此, 聚偏氟乙烯的化学性质较稳定, 此外, 聚偏氟乙烯成膜后的机械性能较好, 并可以溶于许多有机溶剂中, 被认为是理想的膜材料。VDF-HFP共聚张性树脂因其兼具氟树脂的热稳定、耐化学介质侵蚀、电绝缘性好、机械强度高和改性后的易加工、柔韧性强等特点,已成为聚合物锂离子电池隔膜的首选材料之一。聚偏氟乙烯-六氟丙烯复合聚合物(PVDF-HFP/SiO2)隔膜是采用倒相法复合纳米制备的一种多孔聚合物隔膜。制成的此隔膜保持了单一多孔聚合物体系高的离子电导率,满足实际应用的要求(10-3S/cm),另一方面也保证了单一多孔聚合物体系所不具备的良好的机械性能,是极具应用前景的聚合物隔膜。

我国是世界上最大的电池生产国,各类电池材料多数已实现国产化,唯独隔膜材料大多数还处在研发阶段尚未实现工业化生产。因此,开始和研制高性能的电池隔腊成为电池行业的重中之重。 最新研究的方法是以静电纺丝技术制备的非织造布膜作为锂离子电池隔膜。静电纺丝所得纤维最主要的特点是纤维直径很细,具有高的比表面积,且所得亚微米级纤维堆积而成的层状膜具有较高的孔隙率和优异的离子电导率。因此,静电纺丝法是制备高性能电池隔膜最为理想的方法之一。

聚偏二氟乙烯PVDF共聚物之于锂电行业中的应用

图二 PVDF 来源:网络

静电纺丝是指通过对聚合物溶液(或熔体)施加外加电场来制造聚合物纤维的纺丝技术。近年来静电纺丝技术作为一种可制备纳米级纤维的加工方法引起了广泛关注。用静电纺丝方法制得的纤维直径可达纳米级,相比于采用常规方法制得的纤维直径小几个数量级,且具有比表面积大、孔隙率高、孔径小、长径比大等优点。理论上几乎所有可以溶解于一定溶剂中并形成稳定溶液体系或能够熔融形成熔体的聚合物都可以采用静电纺丝技术制备具有亚微米、纳米尺寸的纤维材料。1994年, 美国Bellcore公司宣布其研制出一种新型的PVDF基聚合物电解质的锂离子电池, 它是用聚偏氟乙烯-六氟丙烯( PVDF-HFP) 的共聚物制成多孔薄膜, 吸附电解液后, 具有较高的电导率和良好的机械性能, 但是在制备过程中须要抽提造孔剂邻苯二甲酸二丁酯, 给规模化生产带来不利.

对于高能电池, 存在着三种聚合物电解质: 干性固态电解质( DSPE) 、凝胶固态电解质( GSPE) 、以及多孔固态电解质( PSPE) 。PVDF及其共聚物由于高溶解度、低结晶度、以及低的玻璃化转变温度, 被广泛用作PSPE基体。但是, PSPE的力学强度、热稳定性及界面稳定性均很差。在PVDF基电解质的应用中, 很关键的一点就是如何制备多孔固态电解质。在PVDF基电解质中, 很多时候都是采用让它与六氟丙烯共聚后再制备出电解质薄膜。因为共聚物的结晶度比PVDF的结晶度要低, 而且共聚物具有相当高的介电常数(=8.4) , 有利于形成更高的载流子浓度。

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