PVDF粘结剂在锂离子电池中的应用研究

摘要

粘结剂是锂离子电池正负极的重要组成部分。在电极中，粘结剂的主要作用是粘结和保持活性物质。对粘结剂的要求是欧姆电阻小，在电解液中性能稳定，不膨胀、不松散、不脱粉。一般而言，粘结剂的性能，如粘结力、柔韧性、耐碱性、亲水性等，直接影响着电池的性能。加入最佳量的粘结剂，可以获得较大的容量、较长的循环寿命和较低的内阻，这对提高电池的循环性能、快速充放能力以及降低电池的内压等具有促进作用。
　　锂电池用的粘结剂的种类很多，多数采用聚偏氟乙烯(PVDF)。但PVDF为结晶性聚合物，结晶度一般为50％左右，结晶熔融温度在140℃附近，因此在电池通常的使用温度下，PVDF的结晶性使存在电解液中的分子很难流通，充放电负荷增大;在制备电池时的干燥速度等不合适时，PVDF的收缩率与集电体的收缩率差异比较大，含活性物质的涂膜不会从集电体上脱离;即使涂布干燥后没问题，但随着时间的迁移，在使用过程中，也有由于电极的内部应力使电极合剂层从集电体上部分或全部剥离，负荷特性变差，引起容量劣化。因此，为了提高锂离子电池的整体性能，需要对PVDF的结构以及生产工艺、条件进行控制和调整，从而达到优化电池性能的目的。本论文首先研究了PVDF的结构对其粘结性能的影响，具体研究了聚合方式、分子量和改性方法对PVDF粘结性能的影响。然后考察了影响PVDF9100粘结剂的使用的因素，通过控制外部条件来提高粘结剂的性能。最后，基于前面优化条件生产的两款PVDF应用于锂离子电池中，测试了电池的各方面性能，并与传统的粘结剂做对比。本文主要研究结果如下:
　　1、通过对悬浮聚合和乳液聚合两种方式生产的PVDF进行比较，发现虽然悬浮聚合的PVDF粘结剂的溶解相对较困难，但其膜的溶胀特性，以及较高的熔点，相似的玻璃态转变温度等具有优势，同时通过对分子结构进行改性的PVDF9100粘结剂具有较低的溶液粘度，较强的剥离强度，更适合在磷酸铁锂类电池中的应用。
　　2、通过研究电极中的活性物质，导电剂以及溶剂NMP中的游离胺对PVDF9100使用的影响，并确定了电极涂布以及烘烤工艺对粘结剂的影响，确定了PVDF9100在电极过程中的使用条件。
　　3、最后我们将PVDF9100和目前我们常使用的HSV900粘结剂制作成正极电极和锂离子电池，发现使用PVDF9100可以有效降低粘结剂的使用量。同时提高了电极电解液的浸润速度，对于锂离子电池来说，提高了电池的能量密度，降低了电池的内阻，同时提高了电池的倍率充放电性能，循环性能，抑制了电池在循环过程中的内阻变化。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 锂离子电池概况

1．1．1 锂离子电池的特点

1．1．2 锂离子电池的工作原理

1．1．3 锂离子电池的结构与组成

1．1．4 锂离子电池的制备过程及安全影响因素

1．2 锂离子电池粘结剂的研究进展

1．2．1 对锂离子电池粘结剂的性能要求

1．2．2 锂离子电池粘结剂的分类

1．3 PVDF粘结剂

1．3．1 PVDF的分子结构及性质

1．3．2 PVDF的结晶度

1．3．3 PVDF的溶解

1．3．4 PVDF粘结性

1．4 论文研究的意义和内容

参考文献

第二章 不同种类PVDF的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料和设备

2．2．2 正极浆料的配制以及极片的制备

2．2．3 测试仪器及表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同聚合方式的PVDF

2．3．2 Tg测试

2．3．3 三种PVDF的熔点比较

2．3．4 PVDF的溶解及粘度

2．3．5 PVDF膜的溶胀性

2．3．6 PVDF的改性

2．4 小结

参考文献

第三章 外部因素对聚偏氟乙烯结晶度的影响

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 原料和试剂

3．2．2 导电浆与正极浆料的配制以及极片的制备

3．2．3 测结晶度测试征

3．2．5 剥离强度的测试

3．2．6 游离胺的测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 活性物质和导电剂的影响

3．3．2 溶剂NMP的影响

3．3．3 涂布厚度的影响

3．3．4 烘烤的影响

2．4 小结

参考文献

第四章 PVDF粘结剂在磷酸铁锂电池中的应用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 电极的制备

4．2．2 电池的制备

4．2．3 测试仪器及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 导电剂及粘结剂的用量

4．3．2 电极的浸润性测试

4．3．4 电池初始性能测试

4．3．5 电池性能的测试

5．4 小结

第五章 全文总结

致谢

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