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PVDF作为油性黏结剂的相关知识

时间:2019-05-25 22:16来源:海猎人
本文这里着重介绍PVDF作为油性黏结剂的相关知识[38]。它是一种非极性链状高分子绝缘材料,具备良好的热稳定性、电化学稳定性和溶胀性能,以其制备的极片电解液润湿性较好[39],通常采用Af-甲基吡咯烷酮(NMP)作为其分散剂[40]。分子量平均在10万以上的PVDF材料才能达到较好的黏结效果,其分子量越高,黏结性能越好,一般在浆料中以5%左右为宜,含量太高会增加电池内阻。但是PVDF复杂的化学合成过程使得其价格昂贵,并且PVDF没有功能化的支链结构,只能以范德华力与活性材料相结合,结晶度高(50%),保形性差,对于具有严重体积变化的硅基材料不能提供足够的黏结力,导致电极材料易从集流体上粉化脱落,导致容量迅速衰减[41]。此外,PVDF黏结剂在碱性NMP中久置会产生颜色,是由于高温或者碱性基团存在的情况下PVDF会发生脱HF反应,形成共轭双键,光吸收造成溶液的显色现象。对于这种情况,PVDF的高分子量、共聚和改性等都可以减少变色现象。值得注意的是,一般显色反应不会对PVDF性能造成影响。

通常PVDF在商业化锂离子电池中被用作正极黏结剂,PVDF生产工艺主要分为乳液聚合工艺和悬浮聚合工艺,代表产品分别为阿科玛公司HSV900(乳液聚合工艺)和索尔维公司5130(悬浮聚合工艺)。氟化工巨头索尔维公司主要的PVDF产品及性能指标见表4.1。

表4.1索尔维公司PVDF黏结剂产品的技术参数
型号 Solef®5130 Solef®6020 Solef®6010
熔点/℃ 158〜166 170〜175 170〜175
熔融焓 PVDF作为油性黏结剂的相关知识 - 海猎网-海猎人 58〜66 55〜65 40〜48
玻璃化转变温度/℃ -40 -40 -40
模量/MPa 1000〜1500 1300〜2000 1700〜2500
体积电阻/(Ω.cm) 1X1014 1X1014 1X1014
分子量 1000000〜1200000 670000〜700000 300000〜330000
 
 

乳液聚合体系主要由单体、引发剂、水、乳化剂四个基本成分组成。引发剂主要有两类:无机过氧化物(过硫酸盐等)、有机过氧化物(烷基过氧化物等)。烷基过氧化碳酸酯、偶氮化合物也可引发PVDF聚合。有机过氧化物引发制得的PVDF含有非离子化端基,比由过硫酸盐引发的PVDF有较好的热稳定性。引发剂的用量对聚合速率及聚合物性能影响很大,合适的引发剂浓度能够提供有效的高活性自由基浓度,来实现预期的聚合速率。引发剂浓度过高会对聚合物的热稳定性造成不利影响,特别是熔融速率、伸长率和聚合物的产量三个参数受到的影响最大。随着引发剂用量增大,产生的初级自由基增多,引发聚合的速度也就增大;但引发剂用量太大时,产生的初级自由基太多,引发聚合的速率很快,自由基终止的机会也多,聚合反应不平稳,产量下降,聚合物的性能也变差。
 


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