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新能源车续航700公里?离不开这种材料!
20世纪初新能源车的续航仅为40公里,如今很多新能源车一次充电续航最高达700公里以上,电池技术的革命带动了产业的迅速发展今天,一起来破译新能源车的续航“密码”了解其背后的核心功能材料


PVDF锂电粘结剂



解密锂电池内的低调功臣

锂电粘结剂

我们熟悉的锂电池,主要由电极(正极、负极)、电解液、隔膜组成。在电池充放电过程中锂离子(Li+)在两个正负电极之间反复嵌入与脱嵌,电子则通过外回路形成电流。
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▲ 锂电池充放电动态图


锂电粘结剂在哪里?

☟ 锂电粘结剂就“粘”在正极极片上 ☟

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▲ 锂电池结构图


为什么需要粘结剂?


这是因为,电极由金属极片和附着在上面的电极材料组成,电极材料内部、电极材料与金属极片之间本身没有什么粘结力,需要粘结剂的“粘合”,才能维持电极结构的完整。

锂电粘结剂有多重要?


锂电粘结剂是锂电池中必不可少的组成材料,虽然所占比重很小,却是整个电极力学性能的主要来源,对电极的生产工艺和电池的电化学性能有着重要影响。


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锂电粘结剂的主要功能:

▶▶粘结活性物质、导电剂和集流体,维持电极结构完整性

▶▶作为分散剂或增稠剂,改善电极组分均匀性

总而言之,仅占锂电池总成本1%左右的锂电粘结剂,对电池的循环寿命、充电放电能力、倍率性能等核心性能,起着不可小觑的作用。




锂电粘结剂,为何要选PVDF?

锂电粘结剂不仅承担着如此多的重任,还需要在极其严苛的环境下长期稳定工作。

日常生活中,我们所用的粘结剂多是碳氢聚合物,优点是成本低、干得快、粘结力强。例如不干胶(丙烯酸树脂类)、502胶(α-氰基丙烯酸乙酯)等等。

然而,锂电池内部应用环境苛刻,粘结剂和电极材料一直浸泡在电解液中,接受各类电化学反应的考验,在电极的工作电压范围内保持长期稳定。普通的碳氢“胶水”不是被溶解在电解液中,就是被电化学环境氧化。锂电池的粘合大任,绝非一般的粘结剂所能担当。


☟ 为此,PVDF上场了。 ☟

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▲ PVDF锂电粘结剂真容


PVDF(聚偏氟乙烯)是一种特殊的含氟烯烃类聚合物,和烯烃类聚合物“一哥”聚乙烯相比,其氢原子有一半被氟原子所替代,形成的碳氟键替代了聚乙烯的碳氢键,键能大,十分牢固且很难被破坏,因此稳定性远胜于一般的碳氢聚合物。另外,由于氟原子有很强的电负性,导致PVDF的极性很强,可以溶解在一些酰胺类的强极性溶剂中,使电极材料、粘结剂、溶剂形成流动体系,实现在电极片上的涂布。


且看PVDF四招致胜


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 “稳”

PVDF的化学稳定性好,耐酸耐氧化还原,不会被电解液溶解,高电压条件下不被氧化,在存储和循环过程中不反应、不变质。


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“粘”

如果粘结剂粘结力不够,在多次充放电后,电极材料会从极片上脱落,无法再起到储存电量的作用,导致整个电池报废。

与四氟类粘结剂相比,PVDF除了碳氟键,还有碳氢键,能与正极上的氧元素形成氢键,把正极颗粒牢牢黏住。


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 “柔”

PVDF有足够的柔韧性,保证活性物质在反复膨胀和收缩过程中不脱落,电极微粒间的结合不被破坏。


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“溶”

PVDF锂电粘结剂具有良好的溶解性,溶解速度快,溶解度高。PVDF配成溶液后便可均匀地分散到正极材料中和极片表面,能将活性物质均匀地粘结在集流体上。



中化蓝天PVDF锂电粘结剂

有啥大不同

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中国中化旗下中化蓝天深耕氟化工70余年,在PVDF研产技术领域有40余年的深厚积淀,主持并参与多项科技攻关项目。

2009年起,中化蓝天开始研发锂电粘结剂专用的PVDF产品,陆续开发了乳液、悬浮及改性的4代5个牌号PVDF,并在VDF单体合成、PVDF聚合工艺配方、树脂规模化生产等方面积累了多项领先技术与“Know-How”。在氟聚合物拟稳态聚合、恒比共聚改性、凝聚态结构分析等方面拥有不少“独门绝技”。

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▲ 聚合重点实验室

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▲ 中化蓝天PVDF锂电粘结剂4代迭代图


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中化蓝天拥有完整的小试、中试、产业化配套,并集产品开发、性能评价、应用研究、生产销售为一体。项目团队以“研产销检”平台化协同为核心,以客户应用需求为导向,聚焦产品设计和过程制造,打造持续创新能力。

2021年初,国内新能源电动车行业迎来爆发式增长的市场行情,锂电厂商对PVDF的需求快速上升。项目团队快速行动,针对性地开展产品小试实验制备样品,短短3个月就实现绿色环保型高性能乳液法PVDF新牌号的定型;并克服了合成工艺放大工艺的规模适配性问题,在优化实验和节约生产成本的同时,高效完成新产品的放大生产,成功将产品导入锂电池头部企业的供应链体系中。

与此同时,中化蓝天还是国内少数配套锂电池应用评价实验室的PVDF生产厂家之一。应用评价实验室具备下游锂电池客户小试线的大部分评价能力,能对包含PVDF的锂电池浆料进行固含量、稳定性、流变特性等指标检测,并涂敷制成电极极片,评价电极片的相关性能。相当于将一部分锂电池客户的评价能力搬入实验室,大大缩短了产品和应用的距离,与市场实现高效衔接。

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▲ 锂电池应用评价实验室



来源:中国石化



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