วัสดุฟลูออรีนขนาดเล็กและสวยงามในแบตเตอรี่ลิเธียมอุตสาหกรรม - วัสดุประสาน PVDF

PVDF เป็นหนึ่งในฟลูออโรโพลิเมอร์ที่เติบโตเร็วที่สุดในปีที่ผ่านมาและ PVDF สำหรับสารยึดเกาะแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นหนึ่งในสายพันธุ์หลัก


PVDF205

เครื่องผูกแบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

สารยึดเกาะเป็นส่วนประกอบที่ไม่ได้ใช้งานในแผ่นอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเป็นหนึ่งในวัสดุสำคัญที่ต้องใช้ในการจัดทำแผ่นอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียม หน้าที่หลักของสารยึดเกาะคือการเชื่อมต่อวัสดุที่ใช้งานของอิเล็กโทรด, ตัวนำไฟฟ้าและตัวเก็บกระแสไฟฟ้าอิเล็กโทรดเพื่อให้มีการเชื่อมต่อโดยรวมระหว่างพวกเขาซึ่งจะช่วยลดความต้านทานของอิเล็กโทรดและในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติเชิงกลที่ดีและความสามารถในการขึ้นรูป ตอบสนองความต้องการของการผลิตจริง สารยึดเกาะมักจะเป็นสารประกอบพอลิเมอร์และสามารถจำแนกได้เป็นสารยึดเกาะแบบน้ำและสารยึดเกาะแบบน้ำมันขึ้นอยู่กับตัวทำละลายที่จะละลาย สารยึดเกาะแบบน้ำมันที่ใช้กันทั่วไปในแบตเตอรี่ลิเธียมอุตสาหกรรมเป็นสารละลายผสมของ PVDF และตัวทำละลาย N-methylpyrrolidone (NMP)

ทำไม PVDF ถึงเป็นเช่นนั้น?

PVDF เป็นโซ่พอลิเมอร์ซึ่งถูกสังเคราะห์โดยการเติมพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์ VF2 โดยทั่วไปน้ำหนักโมเลกุลของมันจะมากกว่า 300,000 และมีคุณสมบัติของฟลูออโรโพลีเมอร์ทั่วไป - มีความเสถียรและทนต่อการกัดกร่อน

ในฐานะที่เป็นผลึกโพลีเมอร์ผลึก PVDF โดยทั่วไปประมาณ 50% และอุณหภูมิหลอมละลายของคริสตัลอยู่ที่ประมาณ 170 ° C เมื่อเทียบกับโพลีเมอร์อื่น ๆ ของ perfluorinated เทอร์โมพลาสติก PVDF มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติการประมวลผลดังนั้น PVDF จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในแบตเตอรี่ลิเธียมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเตรียมขั้วไฟฟ้าบาง ๆ กระบวนการเช่นการเคลือบสารละลายหรือการหล่อสามารถรับรู้ได้ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต

จากผลกระทบของสารยึดเกาะที่มีต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรดน้ำหนักโมเลกุลความเป็นผลึกและเนื้อหาของ PVDF นั้นส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรด โดยทั่วไปน้ำหนักโมเลกุลของ PVDF ที่มากขึ้นประสิทธิภาพการยึดเกาะที่ดีขึ้นและสัดส่วนของสารยึดเกาะที่จำเป็นสำหรับการเตรียมขั้วไฟฟ้าจะลดลง อย่างไรก็ตามน้ำหนักโมเลกุลที่มากเกินไปจะทำให้การละลายของ PVDF ใน NMP และการกระจายตัวในอิเล็กโทรด ปฏิเสธ. ความเป็นผลึกของ PVDF ส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติเชิงกลความเป็นผลึกสูงโซ่โมเลกุลที่หนาแน่นและแรงระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่งขึ้นซึ่งทำให้มีคุณสมบัติการยึดเกาะที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตามถ้าผลึก PVDF สูงเกินไปความต้านทานการย้ายของอิเล็กตรอนและโปรตอนในอิเล็กโทรดมีขนาดใหญ่ซึ่งทำให้เกิดปัญหาว่าอิมพีแดนซ์ของชิ้นขั้วมีค่าสูงและประจุและคายประจุมากเกินไป นอกจากนี้เนื้อหาของ PVDF ในอิเล็กโทรดจะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสมบัติทางกลและการนำไฟฟ้าของชิ้นขั้วซึ่งมีผลต่อคุณสมบัติความจุคุณสมบัติอัตราและประสิทธิภาพรอบระยะยาวของแบตเตอรี่


ข้อบกพร่องในปัจจุบัน


มีข้อบกพร่องบางอย่างที่เห็นได้ชัดในการใช้ตัวยึดประสาน PVDF ในแบตเตอรี่ลิเธียมรวมถึงโมดูลัสของ Young ที่ค่อนข้างสูง ระหว่าง 1 และ 4 เกรดเฉลี่ยความยืดหยุ่นของชิ้นส่วนเสานั้นไม่ดีพอ น้ำหนักโมเลกุลของ PVDF ลดลงหลังจากการดูดซึมน้ำและความหนืดไม่ดี ข้อกำหนดสำหรับความชื้นสิ่งแวดล้อมค่อนข้างสูง สำหรับอิออนและฉนวนอิเล็กทรอนิกมีระดับของการบวมในอิเล็กโทรไลต์และปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้นกับโลหะลิเธียม LixC6 ฯลฯ ที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงซึ่งเป็นผลเสียต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ในปัจจุบันคนส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาของโคพอลิเมอร์ PVDF บางส่วนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของมัน

นอกจากนี้การใช้ PVDF เป็นสารยึดเกาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมต้องใช้ NMP เป็นตัวทำละลายซึ่งมีราคาแพงและมีมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นช่างเทคนิคจำนวนมากในปีที่ผ่านมาได้ให้ความสำคัญกับการพัฒนาสารประสานน้ำ