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聚四氟乙烯作为锂离子电池的优良粘合剂
来源: | 作者:TFCNT | 发布时间: 180天前 | 59 次浏览 | 分享到:

      对于锂离子电池来说,为其电极配备合适的粘合剂至关重要。事实上,粘合剂必须具有足够的耐用性和长寿命,这是电极使用的重要要求。基本上,粘合剂需要具有电化学稳定性和化学惰性,才能使锂离子电池表现出优异的性能。此外,聚四氟乙烯PTFE浓缩液体粘合剂通过在电极表面上使用较少的量而显示出最佳性能。

      在锂离子电池电极覆盖物应用中最常见的粘合剂中 ,聚四氟乙烯浓缩液体粘合剂在用作粘合剂时显示出有希望的结果。作为一种合成含氟聚合物,PTFE具有由碳和氟原子组成的高分子量,并且被列为疏水性材料,使其在置于水中或与水溶液接触时呈惰性且不具有吸引力,更具体地说,这是因为来自高压的伦敦力氟的电负性。

聚四氟乙烯的粘合性能

      从技术上讲,PTFE粘合剂含有CF2-CF2单元,具有良好的化学稳定性,部分用于锂离子电池。另一方面,聚四氟乙烯浓缩液粘合剂被认为是一种环保剂,在使用水作为溶剂的大气中不会产生任何有害影响,不会对人体造成有害和健康威胁。聚四氟乙烯的另一个优点是除了耐热、耐光、耐寒之外,还具有优异的耐化学性。PTFE还具有理想的阻燃性和较低的吸水性以及抗紫外线辐射能力,在极端天气条件下具有出色的性能。

聚四氟乙烯 (PTFE)

      聚四氟乙烯最初是四氟乙烯的合成含氟聚合物,在20世纪30年代发现了许多应用,商品名为Teflon。PTFE是一种高分子量碳氟化合物固体,主要由碳和氟组成,具有疏水性,水或任何含水物质可以与其相互作用,但不会与其相互作用。碳氟化合物似乎表现出改善的伦敦色散力,因为它们实际上具有较高的氟电负性和较低的固体内聚分数。PTFE作为非反应剂,作为烹饪锅和其他炊具的涂层具有广泛的应用。PTFE的惰性部分归因于其强大的碳键和氟键,使其成为反应性和腐蚀性化学品涂层容器和管道的合格试剂。当PTFE用作润滑剂时,它可以减少机械的摩擦、能耗和表面磨损。它还具有作为移植材料和外科手术的常见应用。PTFE经常用于导管等医疗设备中,以粘附细菌和病菌并阻止医院获得性感染。

      聚四氟乙烯是一种热塑性聚合物,在室温下呈白色固体材料,密度接近2200公斤/立方米。据研究,其熔点约为600开尔文,能够在近-268°C的较低温度下保持较高的自润滑性、强度和韧性。在约194开尔文的温度下,PTFE表现出优异的柔韧性。就其对化学品的惰性而言,应该指出的是,PTFE的化学碳氟键似乎会受到高反应性金属(例如高温下的碱金属)以及金属(包括镁和铝)以及一些氟化剂(即钴)的影响氟化物和二氟化氙。关于PTFE性能的另一个重要点是它在650°C以上的温度下会发生解聚。

      锂电池被认为是便携式通信设备以及移动电子设备的主要电源或备用电源。锂电池因其卓越的电动势和高能量密度而受到工业和科学领域越来越多的关注。最近,人们进行了大量的研究,以设计新颖的电极材料结构并开发前所未有的电池粘合剂,以减轻对更高能量密度的需求并满足电池的循环性能。事实上,水性粘合剂已显示出更多的优点和优点,包括成本较低、电池安全和生态系统友好,与水作为分散剂相结合,使其成为环保和安全的锂离子电池的理想粘合剂。

用于锂离子电池的基于聚四氟乙烯涂层的自粘合复合隔膜

      一项新发表的研究表明,应用一种由聚四氟乙烯PTFE涂层及其商业聚乙烯隔膜组成的新型复合隔膜,用于设计高性能锂离子电池。这种复合隔膜是通过将PE隔膜浸入含有PTFE的悬浮液中制成的,以获得由三层组成的自粘合PTFE/PE/PTFE结构。即,用过氧化氢和硫酸溶液对所制备的复合隔膜进行进一步改性,以增加其电解质亲和力。结果表明,由密排聚四氟乙烯颗粒制成的涂层采用高度有序的纳米孔结构,具有非常理想的电解质润湿特性。这大大提高了复合隔膜的离子电导率,与单独的聚乙烯隔膜相比,复合隔膜表现出理想的热稳定性,达到了陶瓷涂层商业隔膜的耐热等级。由LiFePO4正极和锂负极组成的CR2032型单元半电池采用PTFE基隔膜组装而成,经评估其碳率和循环性能显示出良好的结果。基于复合隔膜的组装电池已显示出单独使用聚乙烯隔膜时具有更好的碳倍率能力和循环容量保持率。值得一提的是,复合隔膜可作为高性能可充电锂离子电池涂层用途的潜在候选者。

      锂离子电池广泛应用于电动汽车、电动工具、电子设备等电源领域。到目前为止,已经采用了不同种类的高性能正极和负极材料,以满足对高功率和高倍率电池日益增长的需求。隔膜和覆盖物对于提高电子产品(更具体地说是锂离子电池、超级电容器等)的性能至关重要。聚丙烯和聚乙烯是锂离子电池的关键部件,但其润湿性和热稳定性较差,当可能出现异常发热时,会引起人们对锂离子电池安全性的严重担忧。这些失败极大地促进了聚四氟乙烯在锂离子电池中作为凝聚液体粘合剂的使用。