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化工原料常见问题

PVP分散剂在锂电池行业的应用

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  聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)在一定条件下聚合而成的非离子高分子化合物。PVP可用作锂离子电池电极的分散剂和导电材料的加工助剂。资料显示,在新能源电池领域,1GWh的PVP用量约为15吨,主要使用工业级PVPK30。本文详细阐述了PVP在锂离子电池中如何作为分散剂使用以及PVP在锂离子电池行业的市场需求。

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  锂电池正极材料用PVP分散剂


  浆料在锂离子电池生产中非常重要。电池的质量70%与极片的质量有关,极片的质量70%与浆料的质量有关。制作浆料相当于完成了电池的50%,是电池制造的核心工作。锂离子动力电池浆料基本由活性材料、导电剂、粘结剂和溶剂组成。在极片制备工段,材料干燥、溶胶、浆料三个工序直接决定浆料的质量。


  锂离子电池正极材料在均质化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,由于其导电率较低,在电池制备过程中,往往需要添加适量的导电剂,如石墨烯、碳纳米管等,提高正极材料的导电率。


  但由于磷酸铁锂等超细电池正极材料粒径小、比表面积大,在均质过程中难以分散均匀,导致浆料粘度高或固含量低,这进一步导致涂布困难甚至无法涂布,因此分散剂的选择对于锂离子电池正极浆料的分散尤为重要。

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  PVP是锂离子电池正极浆料的理想分散剂。PVP分子结构中含有强极性内酰胺亲水基团和CC长链亲油基团,能与多种溶剂良好相容,并可包覆在颗粒表面,通过空间位阻形成良好的分散效果。


  在电池正极浆料中添加适量的PVP,可以显着改善浆料的分散性,使浆料由牛顿流体转变为非牛顿流体,浆料粘度稳定在较低水平,有利于降低正极阻抗,提高电池性能。


  PVP作为锂离子电池辅助材料加工助剂


  碳纳米管导电剂可以提高锂离子电池的能量密度。导电浆料是将导电剂均匀分散在溶剂中形成的浆料,而碳纳米管导电剂是将作为导电剂的碳纳米管分散在分散溶剂中形成的浆料。


  碳纳米管导电剂作为锂离子电池的新型导电剂,可以提高电池的导电性能,添加量比常规炭黑导电剂减少60%-70%,同时,可以减少粘合剂的用量,可以显着提高锂离子电池的能量密度。


  PVP可以显着改善碳纳米管在水、有机溶剂等基体中的分散性能。碳纳米管重量轻,以六角形结构完美连接,并具有许多不寻常的机械、电气和化学特性。由于管间强大的范德华力,碳纳米管形成束或相互缠绕,导致团聚,严重限制了其机械、热学和电学应用。

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  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键合的疏水链段,具有亲油性,因此能溶于水或醇、羧基等有机溶剂。酸和胺烷烃。将具有两亲结构的聚合物PVP引入到CNT表面可以显着改善CNT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好,且浆料粘度较低。呈现出近牛顿流体的特性,多壁碳纳米管颗粒分散均匀,平均粒径较小,具有良好的稳定性。


  同时其电阻率也较低,吸附容量高于低分子量PVPK17和高分子量PVPK90,对多壁碳表面具有更好的位阻改性效果碳纳米管,使得多壁碳纳米管几乎分散在单根中,缠结现象显着减少。


  锂电池行业PVP分散剂需求分析


  1、碳纳米管导电剂用PVP分散剂年需求量快速增长


  2025年,全球碳纳米管导电剂用PVP分散剂需求量将达到7375吨。据分析,每吨碳纳米管导电剂需添加12.5kgPVP作为分散剂,如果全部使用PVP,2022年全球碳纳米管导电剂用PVP分散剂需求量将达到1975吨,2025年将达到7375吨。

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  2、未来锂电池用PVP年需求量预计将达到3万吨


  全球锂离子电池整体出货量快速增长。数据显示,2021年全球锂离子电池整体出货量为562.4GWh,同比大幅增长91%。从结构上看,全球汽车动力电池出货量为371GWh,同比增长134.7%;储能电池出货量66.3GWh,同比增长132.6%;3C小电池出货量为125.1GWh,同比增长16.1%。相关企业可参考锂电百强。


  2025年,全球锂电池用PVP年需求量预计将达到3.31万吨。预计2025年全球动力电池出货量将达到1550GWh,储能电池出货量将达到476GWh。基于新型消费电子市场的高增速以及传统3C消费电子单位产能的提升,假设全球消费电子锂离子电池出货量年均复合增长率为10%,出货量将达到2025年183.2GWh。如果您对消费类电池感兴趣,这里有相关3C消费类锂电池厂家供参考。


  根据上述分析,假设锂离子电池领域PVP用量为1GWh约15吨,则2022年锂电池PVP年需求量将达到1.16万吨,2025年将达到3.31万吨。

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