聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


根据相关产业研究机构预测2018年全球锂电市场需求为2313.26亿元,出货量为146.38GWh;2025年锂电市场需求将达到6942.65亿元,市场容量为439.32GWH。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


从锂电池应用领域看,动力、储能以及3C产业是锂离子电池产业发展的主要驱动力,其中最主要的应用包括手机、微型电脑(笔记本、平板)、便捷相机、可穿戴设备、便捷照明工具、移动电源、储能装备、电动车(客车、乘用车、专用车)等,如下:


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


随着二次锂电池等新能源的飞速发展,聚偏氟乙烯(PVDF)树脂在锂电池中的用量也急剧增加。在可持续性交通发展的推动下,电动汽车锂电池应用中对 聚偏氟乙烯(PVDF) 需求的增速达到了两位数,亚洲是其最大的市场,或将带动聚偏氟乙烯(PVDF)的增量,利好聚偏氟乙烯(PVDF)生产厂商。


聚偏氟乙烯(PVDF)相关详细资料可查阅之前我们所发文章氟材料家族之聚偏氟乙烯(PVDF)简介,在此就不重复叙述,下面小编带你了解一下PVDF在锂电池上的三种应用以及相关企业在锂电池方面的布局,如有错误欢迎大家加群批评指正。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


一、正极粘接剂


1. PVDF粘接剂简介


电极粘结剂材料的选择是生产高性能锂离子电池的关键。目前主要的锂离子电池粘结剂有PVDF、PVA、SBR等。PVDF是最常见的正极粘结剂,突出的特点是抗氧化还原能力强,热稳定性好,易于分散,但缺点是需要使用 N甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,价格贵且有一定的环境污染。


2. PVDF粘接剂机理


常规的PVDF,主要作用机理是范德华力,就是分子间作用力起粘结作用,有些改性的PVDF,其作用机理有两部分,一部分是高分子量所带来的范德华力,另一方面是由于改性所导致的和箔材之间的化学键的作用。


3. 合成方法


目前的合成方法包括悬浮聚合和乳液聚合两种方法


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


乳液聚合和悬浮聚合比较

比较项目

乳液聚合

悬浮聚合

介质

高纯水

脱氧去离子高纯水

引发剂

有机过氧化物/过硫酸盐

有机过氧化物

链转移剂

有机化合物(酯、乙醇等)

有机化合物

分散稳定剂

全氟辛酸钠盐或铵盐(<1000ppm)

纤维素类悬浮剂(1%~3%)

防粘釜剂

石蜡


聚合物生成物

乳液状胶乳,粒径0.2~1.5µm

砂状粒子,粒径为50µm

后处理

造粒后,由超纯水对流洗净,喷雾干燥,粒径大于5µm

处理工艺复杂,洗净后空气干燥

溶于二甲基甲(乙)酰胺后

无色

较深的紫红色


对于不同的正极材料,可以应用不同方法合成的PVDF,同时也要和相应的匀浆工艺结合起来进行,才能达到一个良好的效果。


二、电池隔膜涂层


电池隔膜涂层简单理解为电池隔膜层的粘接剂,以阿科玛的PVDF隔膜涂层为例,涂层型隔膜可以大大减少电池组装时间,有效降低电池整体生产成本。LBG 隔膜涂层系列具有优异的粘结力,同时保持优异的柔韧性。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用

阿科玛PVDF在锂电池上的应用


PVDF 涂覆隔膜具有低内阻、高(厚度/空隙率)均一性、力学性能好、化学与电化学稳定性好等特点。PVDF 即聚偏氟乙烯,是一种白色粉末状结晶性聚合物,熔点 170℃,热分解温度 316℃以上,长期使用温度-40~150℃,具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温色变性、耐氧化性、耐磨性、柔韧性以及很高的耐冲击性强度。


目前根据溶剂不同,分为水性 PVDF 涂覆隔膜与油性 PVDF 涂覆隔膜。由于纳米纤维涂层的存在,该新型隔膜对锂电池电极具有比普通电池隔膜更好的兼容性和粘合性,能大幅度提高电池的耐高温性能和安全性。此外,该新型隔膜对液体电解质的吸收性好,具有良好的浸润和吸液保液的能力,延长电池循环 寿命,增加电池的大倍率放电性能,使电池的输出能力提升 20%,特别适用于高端储能电池、汽车动力电池。


三、电池隔膜


锂电池被认为是未来最有潜力的大型电源和储能装置,电池隔膜是一个关键部件,放在正负极之间,以防止电短路,同时允许带电离子的快速传输。锂离子电池对隔膜的要求包括良好的化学和热稳定性、低厚度、适当的孔隙率和孔径以及良好的机械强度。PVDF膜是一种可做锂离子电池隔膜的材料。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


按照所用材料,电池隔膜分为聚烯烃改性隔膜和新材料体系隔膜。其中新材料体系主要有含氟聚合物类隔膜、纤维素类隔膜、聚酰亚胺(PI)类隔膜、聚酯(PET)类隔膜及其它聚合物陶瓷复合隔膜等。

  

含氟聚合物隔膜主要是指PVDF隔膜材料。从材料角度可以将其分为单一聚合物、多元聚合物和有机无机复合物三类。最常用的单一聚合物包括PVDF、P(VDF-HFP)(聚偏氟乙烯-六氟丙烯〉和P(VDF-TrFE)(聚偏氟乙烯-三氟乙烯)。

  

相比于聚烯烃类隔膜材料,含氟聚合物材料隔膜具有更强的极性和更高的介电常数,大大的提升了隔膜的亲液性,并有助于锂盐的离子化。

  

此外,这类材料的成型方法多样,如浇铸法、电纺法、热压法等,有利于调控孔隙率。


四、相关企业布局


据公开资料报道,锂电用的PVDF产品售价比普通PVDF产品贵30%~100%。各厂商PVDF在锂电池上的应用概况如下表,后附各企业在PVDF方面的投产状况,排名不分先后。


厂商

应用

电池粘接剂

电池隔膜涂层

电池隔膜

阿科玛




吴羽

  •      



索尔维




华夏神舟




孚诺林




大金氟化工




三爱富




中化蓝天氟材料





1. 阿科玛


阿科玛(常熟)氟化工有限公司分别于 2008 年和 2011 年投资兴建阿科玛(常熟)热塑性含氟聚合物及单体项目(年产 6000 吨偏二氟乙烯(VDF)和 5000 吨聚偏二氟乙烯(PVDF))和阿科玛(常熟)热塑性含氟聚合物及单体扩建项目(年产 6000 吨偏二氟乙烯(VDF)和 7000 吨聚偏二氟乙烯(PVDF)),现两个项目已建成投产。


PVDF在锂电池上的应用视频


2019年,为满足市场对产品产能的要求。阿科玛公司决定扩建热塑性含氟聚合物装置,新增 PVDF 产能 7000 吨/年,总产能达 19000 吨/年。


2019年10月,阿科玛(Aekema)宣布将提升其常熟工厂专用于电动汽车锂电池的高性能聚合物PVDF的产能约50%。


2. 吴羽


2018年6月,日本吴羽宣布对PVDF生产线进行改造,建设年产2000吨新型PVDF装置。新型PVDF的柔软性和粘着性更佳,适合作锂电池粘合剂。


吴羽KF Polymer®是开发用于锂离子电池以及锂聚合物电池的聚偏二氟乙烯树脂(PVDF)类型的材料。


3. 索尔维


2016年10月19日–索尔维推出创新性Solef®聚偏氟乙烯电极粘结剂,以增强混电及纯电动汽车(xEV)高能锂离子电池(Li-ion)的电气性能。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


2019年11月份,索尔维官网发布信息称:将在江苏常熟的生产基地,把高性能聚合物Solef PVDF(聚偏氟乙烯)生产能力提高一倍以上,以巩固索尔维在锂电池市场中的领导地位。该项目是索尔维集团最近宣布的 G.R.O.W. 战略的具体体现,战略强调了对材料领域高增长可持续解决方案的投资。目前,项目计划在2022年上半年投入生产。


4. 大金氟化工


日本大金工业株式会社创立于1924年,是一家活跃在空调、氟化学、电子、油压机械等多种领域的跨国企业。2003年,中国作为大金第四个全球性氟化学生产基地——大金氟化工(中国)有限公司正式投入生产。

 

聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


5. 三爱富


聚偏氟乙烯树脂 FR903E、FR903X、FR905该产品属于氟乙烯(VDF)乳液聚合的产物。粉末产品在一定温度下和搅拌条件下课溶解在极性溶剂(NMP、DMF、DMAC等)中,用于锂电池粘接剂、涂覆及Tips膜的制备。


FR908X该品级属于偏氟乙烯(VDF)悬浮聚合的产物。在一定温度、搅拌条件下,该产品可溶解在极性溶剂(NMP、DMF、DMAC等)中,主要用作锂电池粘结剂或涂覆材料。该户品的分子量非常高,适用于动力锂电池。 


6. 华夏神舟


2018年,为了满足市场需求,进一步增加企业效益,公司计划投资 38000 万元在现有厂区内建设 10000t/a 聚偏氟乙烯项目。


聚偏氟乙烯(PVDF)在锂电池上的应用


PVDF DS202/DS202B是一种粉末状偏氟乙烯均聚物,可用作锂电池电极粘结剂材料。


7. 孚诺林


公司于2010年建成首条分散法聚偏氟乙烯生产线,2012年成功扩产至3000吨/年,该技术在国内处于领先水平。2013年中,公司研发成功国内首条悬浮法聚偏氟乙烯生产线,并于2014年3月成功投产。该技术填补了国内空白,达到国际水准,所生产的聚偏氟乙烯相比同类产品拥有更高的纯度、更好的热稳定性、更高的分子量,尤其适合锂电产品。


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8. 中化蓝天氟材料


中化蓝天氟材料有限公司已于2013年在现有厂区内实施了1100t/a树脂扩产技改项目,于2014年12月通过了三同时验收,目前运行稳定。


由于市场需求增加,公司拟投资32057.8万元,于现有厂区内实施5000吨/年PVDF树脂项目,本项目实施一期工程3000t/aPVDF树脂于2019年5月开工。


以上是小编收集到的资料,不足或有误之处欢迎加群交流指正。


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根据预测,2021年中国汽车总销量有望达到2610万辆,其中,新能源汽车销量340万辆,同比增长1.5倍,占比超过13%,这一增速超过了此前大家的预测,新能源汽车发展进入快车道。新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。 材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,电池包相关的铝塑膜,结构胶,缓存,阻燃,隔热等材料,以及电池包的外壳结构材料。为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。

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