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CIBF交流会余磊演讲:高性能锂离子电池用PVDF基隔膜涂层

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-02  作者:鑫椤
摘要: 6月20日,由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题,重点关注了电池应用领域。全球50多...
 6月20日,由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题,重点关注了电池应用领域。全球50多位电池业界顶级专家亮相交流会并发表了主题演讲,来自50多个国家和地区的800多名行业专家、学者和企业家与会。来自ARKEMA公司的余磊先生在CIBF2014中国国际电池技术交流会上发表主题演讲。以下为演讲全文:
 
余磊:大家好,我们公司主要涉及PVDF涂层,我们的客户包括了隔膜藏和电池公司。先简单介绍一下我们公司,我们公司是法国的一家特种化学品生产商,本公司产品在全球同类产品排名中位列前三。我们有九个研发中心,去年在常熟又新建了研发中心,可以提供本地化的一些支持。我们在2011年开始常熟工厂的生产。
 
我们是全球第一家商业化生产PVDF的公司,截至目前在全美洲、欧洲、亚洲都有生产基地。美洲基地在美国,欧洲基地是在法国的里昂,亚洲基地在常熟。我们采用的工艺是聚合工艺,特点是多种范围的溶液粘度,也有宽广范围的共聚物成分,更好的溶解性。
 
简单介绍一下PVDF的基本知识,PVDF分为均聚物和共聚物,均聚物的化学成分是CH2-CF2的单体。长裂可长可短,就决定了不同的排号。它的分解度大约在340度左右。我们现在的主要产品是HSV900,761A,还有761、301F。除了均聚物以外,还有很多的共聚物,共聚物跟均聚物不同的点是均聚物只有一种单体,而共聚物除了PVDF以外还有HFP。我们在隔膜涂层应用主要是共聚物,我们现在的主要产品是LBG,2801,2751,2500。一般我们的产品出厂会有两个标准:熔点和溶解物。熔点主要是取决于结晶的难易程度,熔点越高的话它的结晶度会高一些,熔点低的话它的结晶度也会低一些。
 
PVDF在锂电池里的应用包括粘接剂和隔膜材料。现在比较流行的是隔膜涂层技术,我们了解到的主要有两种,一种是涂层的PVDF,另外一种就是涂套层。在这两种隔膜涂层的不同点在于,如果用PVDF作为涂层,它主要的作用是把极片跟隔膜作为粘接层来使用,粘接的好处是电池会更加坚硬、结实,生产运输当中都有很大的优势,现在电池做的越来越薄,也可以使用PVDF作为粘接层,粘接层另外一个优势是可以吸液。所以,PVDF涂层现在在智能手机里面应用最多。陶瓷涂层主要用于动力汽车,但智能手机方面的应用也在慢慢开展,因为智能手机里面电压也越来越高,所以需要更加安全的涂层。
 
对于现在的隔膜涂层技术,陶瓷涂层是水性的,但PVDF比较成熟的还是油性技术,所谓油性技术就是丙酮,丙酮的用材料也有一些缺点,比如易燃易爆,同时丙酮也是冰毒的一种材料,对于它的使用要更加严格,环保部门也会控制使用。因此我们的一些客户更倾向于使用水性的材料,所以我们下一步研发中会更多采用水性技术,减少或者避免使用丙酮。
 
再补充说明一点,多孔PVDF共聚物涂层里面孔径大小取决于溶剂与反溶剂的比例,像共聚物当中陶瓷是涂层。我们在隔膜涂层上涂覆的原因,最重要的原因它可以粘接极片,使电池更加方便加工和运输,也能做成各种形状,厚度也会更薄。还有一个优势是左图这边反应的是电池涂跟不涂在做好之后在85度里放4小时之后它的容量变化。可以看到黑色的是涂了PVDF的电池,它的容量保持比不涂PVDF的保持得高一些。PVDF是一个极性材料,所以它对电解液的适应性很好,涂层后会比不涂的吸液效果会更好。最后一点是在高电压情况下,涂覆PVDF能改善抗氧化性。
 
PVDF共聚物作为隔膜涂层的关键属性,最重要的是它的熔点反应和结晶大小。 PVDF共聚物本身是一种半结晶材料,一部分是结晶体,另外一部分是非结晶体。首先它会进入非结晶态,如果非结晶态高会导致材料溶胀,溶胀后它的粘接会更好,使电解液跟隔膜粘的更牢固。所以这需要有一个平衡度,并非结晶度越小越,或者结晶度越大越好。为使电池能粘牢之外也不至于在高温下会熔掉,所以平衡度是重要的。
 
每家公司的电解液的成分都不一样,我们公司的数据是各种PVDF在材料里面的溶胀数值,在不同温度下,我们看到目前采用的最多隔膜涂层材料。(PPT)这个是我们做的一个实验,我们把各种共聚物材料制成样片,然后在40度和80度电解液中各放置30天,实验之前之前称量并记录样片的重量,之后在称量并记录重量。我们发现,这四款产品在40度的情况下经历一段时间之后A不发生变化,B的话结构已经遭到破坏,LBG遭到的破坏小一些,只有27%,2801的破坏是36%,。LBG的结构还是保持的。在苹果这种高端电池生产商看来45度已经算高温了,而有的公司将温度提高到了60度,聚合物还是具有很好的粘接率。而我们公司主推的LBG,在高温下也有很好的粘接能力。
 
最后稍微介绍一下,我们公司除了PVDF材料以外,也在生产关于碳纳米管的材料,我们也有电解液的材料。
 
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