PVDF树脂在液态锂离子电池中的应用.doc

PVDF树脂在液态锂离子电池中的应用阿托菲纳公司上海代表处 孙家悦 〔 关 键 词〕 PVDF（聚偏二氟乙烯），锂离子 电 池，阴极，阳极。〔引言〕 PVDF（聚偏二氟乙烯）的均聚物及共聚物已被普遍的选用作为锂离子阴极、阳极,聚合物锂离子隔离膜 及提高粘接力的涂层。PVDF被用作正极，负极活性物质以及与集流体的粘接剂。具体有以下要求：1） 耐化学性能好，耐热性好，电化学性能稳定。2） 易溶解于一般工业溶剂。3） 有效的固定活性物质，并在长期充放电过程中不失效。4） 有效使电极粘接到金属集流体。针对以上要求，我们对PVDF及应用作了深入的研究。我们发现不同的PVDF，不同的溶剂，不同的负极材料差异很大。PVDF是一个半结晶体的高聚物，最大结晶度可达60％。PVDF的分子量，结晶度和极性可以通过合成工艺或添加HFP改变。目前应用于液态锂离子电池的较好的品牌是KYNAR761EA，分子量在40万，熔点168?C ，极性已作部分修饰。〔纯PVDF对铝箔的粘接力〕为了研究PVDF的晶相结构对铝箔的粘接力，我们作了以下实验：PVDF溶于NMP，再涂在铝箔上，然后选用不同温度和时间烘干，然后选用不同的温度和时间退火最后测涂膜的剥离强度。结果如图一：由此可见PVDF的晶相结构对其粘接力有着重要的影响。在不存在电极活性物质的情况下，烘烤温度对粘接力很重要而烘烤时间仅仅只是要有效的把溶剂全部烘干。当存在有电极活性物质的情况下，PVDF含量在5％到10％。分析晶相结构的影响比较困难，但是我们仍可以测电极膜的剥离强度。而且我们发现剥离强度越高电极的循环寿命越好。〔溶剂的影响〕 PVDF与NMP及NMP中的杂质会有化学反应，这些化学反应会导致溶液颜色变化，粘度变化，以及引起电极粘接力和电化学性能的变化。在NMP中PVDF会部分降解成不饱和树脂，生成程度与NMP的纯度，PH值及温度和时间有关。不饱和树脂的存在可提高PVDF的粘接力。〔PVDF对铜箔的粘接力〕 我们用与PVDF无反应的TEP作溶剂制备电极和用NMP作溶剂制备电极，并测剥离强度。前者是32g/25mm; 后者为132g/25mm。另外我们对不同NMP也作了对比试验，结果如表一：不同NMP制备的负极情况对比NMP牌号纯度(%)PH值(水溶液)剥离强度(克/25毫米)A99.85.8192B99.8-262C99.36.7249D99.55.3134 我们并对不同的负极材料制备的电极作了对比试验，结果如表二。不同负极材料对比负极材料剥离强度(g/25mm)OSAKA GAS PC G120CG80MCMB330硬质碳黑240软质碳黑140天然石墨20NMP以及活性物质对PVDF的粘接力，有很大的影响。不同牌号的PVDF在不同条件下受影响的程度不同。〔浆料的制备工艺〕 浆料的配方和制备工艺对电极的影响是最大的。如果PVDF/NMP溶液粘度不够，活性物质就会难以分散甚至沉降。不同的负极活性物由于表面特性，粒径，孔隙不同对粘度的影响差异悬殊我们对不同分散效果的负极进行测试，结果如表三。负极膜的物理特性负极膜A负极膜B浆料分散情况不良分散良好分散厚度120110剥离强度25100断裂拉伸强度0.320.29断裂拉伸比1.538.2 PVDF/NMP溶液与活性物质分散效果，上下差异可以很大并直接会影响电极膜的粘接性能及电池基本电性能和循环寿命。 烘干温度对粘接性能也有很大影响。见图二，图三。生产商必须根据设备条件和集流片被氧化的限制优选烘干温度和时间。〔结论〕 在液态锂离子电池中使用PVDF，必须根据其他原料情况选择匹配的牌号，使用过程中加工工艺至关重要。尤其是浆料的分散和烘干。