PVDF樹脂具有哪些優(yōu)異特性?
PVDF樹脂是由1,1-二氟乙烯(VDF)單體經自由基聚合而成,兼具氟樹脂與通用樹脂的特性,是一種綜合性能優(yōu)異、用途廣泛的非反應性熱塑性含氟聚合物;可溶于N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰 胺等強極性溶劑,溶解速度快,溶解度高。
PVDF樹脂是由杜邦于1934年研發(fā)出來的成果,1961年由美國Pennwalt公司實現(xiàn)商業(yè)化,最初軍用絕緣熱縮管和熱掃描電線是核心市場;20世紀七八十年代,PVDF開始廣泛應用于建筑涂裝、化工廠塑鋼、壓力通風系統(tǒng)電纜、以及半導體工業(yè)中高純液體管路材料等領域,市場迅速增長;20世紀末、21世紀初,憑借優(yōu)異的性能,PVDF開始應用于鋰電池電極粘結劑。
PVDF樹脂的優(yōu)異性能表現(xiàn)為極佳的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性,可有效抵抗鋰電池中極性有機溶劑電解液的侵蝕,且具有較好的粘結性能,優(yōu)良的機械性能和加工性;此外,還有足夠的柔韌性,保證活性物質在反復膨脹和收縮過程中不脫落,電極微粒間的結合不被破壞,因此PVDF在鋰電池正極粘結劑中被廣泛使用,目前占比可達90%。
PVDF樹脂之所以表現(xiàn)出極高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,與它自身分子結構有關。VDF由C-H鍵和C-F鍵交互相連而構成。由于聚烯烴分子的碳鏈呈鋸齒形,其氫原子被電負性較大的氟原子取代后,與相鄰的氟原子相互排斥,從而使得氟原子不在同一平面內,并沿碳鏈作螺旋分布,故在碳鏈的四周被一系列性質穩(wěn)定的氟原子所包圍,這種幾乎無間隙的空間屏障使得任何原子或基團都不能進入其結構內部而破壞碳鏈,因此PVDF具有極高的化學穩(wěn)定性。
目前,PVDF樹脂的合成方法包括懸浮聚合和乳液聚合,這兩種聚合方法間的區(qū)別如下所示:
對于不同的正極材料,可以應用不同方法合成的PVDF,同時也要和相應的勻漿工藝結合起來進行,才能達到一個良好的效果。
正極粘結劑PVDF的影響因素?
PVDF根據(jù)分子鏈和分子量的大小可以分為多種,市場上PVDF有粉體和膠液兩種類型產品,為了降低成本,大多數(shù)廠家選擇購買PVDF粉體打膠后投入使用,或者直接投入制漿工藝。
常規(guī)的PVDF之所以可以做成粘合劑,得益于其分子結構的范德華力,也就是分子間作用力起粘結作用;有些改性的PVDF,其作用機理有兩部分,一部分是高分子量所帶來的范德華力,另一方面是由于改性所導致的和箔材之間的化學鍵的作用。
影響PVDF粘結性的影響因素主要有分子量大小、結晶度、PVDF改性、正極材料及導電劑種類等。PVDF分子量越大,粘結性越強,極片的剝離強度就越大。結晶度越高,分子鏈之間堆砌的更加緊密,分子間作用力更大,粘結性更好。PVDF用作鋰電池粘結劑具有良好的性能,影響其使用的主要是PVDF粉末在NMP溶劑中的溶解程度和水分影響。
PVDF高分子材料在溶劑中的溶解主要受結晶度、粉末粒徑、分子量大小、極性以及溶解溫度的影響。結晶度越高,溶劑就很難滲透進溶質分子,溶解緩慢;粒徑越大,PVDF溶解越慢;分子量越大,PVDF的溶解度越小,相同濃度的膠液粘度就越高;一定范圍內,,溫度越高越有利于粉末的溶解,不過高于70℃的溶解溫度可能造成PVDF的降解。
目前,市場上被廣泛使用的正極粘合劑的主要化學成分便是聚偏氟乙烯(PVDF)。
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