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化工原料常见问题

锂电热潮下,PVP在锂电池中的应用

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  PVP可用作锂电池正极材料的分散剂

  PVP可用作锂电池电极的分散剂和导电材料加工助剂,根据新开源公司公告,在新能源电池领域PVP的用量为1GWh约用15吨,主要采用工业级的PVPK30。

  浆料在锂电池生产中至关重要。电池的质量有七成与极片品质相关,而极片的质量有七成与浆料的品质相关。做好浆料就等于做好了电池的50%,这是电池制造的核心工作。锂离子动力电池浆料基本上由活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂构成。在极片制备工段中,物料干燥、溶胶和搅浆等3道工序直接决定了浆料的品质。

  锂电正极材料在匀浆过程中很难分散均匀,需要添加分散剂。锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等,由于其电导率均较低,在电池制备过程中常需加入适量导电剂,如石墨烯、碳纳米管等,以提高正极材料的导电性。然而超细的锂电正极材料,如磷酸铁锂,由于粒度小,比表面积大,在匀浆过程中很难分散均匀,导致浆料黏度过高或固含量过低,进而导致涂布困难甚至无法涂布,因此分散剂的选择对锂电正极浆料的分散尤为重要。

  PVP是理想的锂电正极浆料分散剂。PVP分子结构中含有强极性内酰胺亲水集团和C-C长链亲油基团,可与多种溶剂良好相容,同时可包覆在微粒表面,通过空间位阻效应形成良好的分散作用。在锂电正极浆料中加入适量的PVP可显著提高浆料的分散性,使浆料从牛顿流体转变为非牛顿流体,浆料粘度稳定到较低的水平,有利于降低正极的阻抗,提高电池的性能。

  PVP可用作锂电池辅料碳纳米管导电剂的加工助剂

  碳纳米管导电剂可提升锂离子电池能量密度。导电浆料是将导电剂均匀分散于溶剂形成的浆料,而碳纳米管导电剂是以碳纳米管为导电剂,将其分散于分散溶剂中形成的浆料。碳纳米管导电剂作为一种新型锂离子电池导电剂,能够提高电池的导电性能,添加量也比常规的炭黑导电剂少60%-70%,同时能降低粘接剂的用量,对锂离子电池能量密度有明显的提升作用。

  PVP能够显著改善碳纳米管在水、有机溶剂和其他基体中的分散性能。CNTs重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管因管间较强的范德华力作用而形成束状或者相互缠结,从而发生团聚,这严重限制了其在机械、热学和电学方面的应用。PVP是一种具有特殊结构的两亲性聚合物,吡咯烷酮基团为亲水基团,主链为C−C键的疏水性链段,具有亲油性,因而能够溶于水或醇、羧酸、胺烷烃等有机溶剂中。将PVP这种两亲性结构的聚合物引入到CNTs表面,能够明显改善CNTs在水、有机溶剂和其他基体中的分散性能。中等分子量的PVPK25和PVPK30对多壁碳纳米管的分散效果最佳,浆料黏度较低,呈现近牛顿流体特征,分散的多壁碳纳米管颗粒均匀,平均粒径相对较小,并具有较好的稳定性,同时其电阻率也较低,吸附量高于低分子量PVPK17和高分子量PVPK90的吸附量,并在多壁碳纳米管表面具有更好的空间位阻修饰效果,因而使得多壁碳纳米管几乎呈单根分散,缠结现象显著减少。


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