PMMA涂层目前还无法代替PVDF涂层隔膜

锂电数码书 2025-02-17 18:55:25

锂电池隔膜通俗的来说就是一层多孔的薄膜。其主要是将电池正、负极分隔开,防止短路,并允许锂离子通过。为了满足电池不同场景的工况,隔膜端也往往通过进行一些涂覆层来优化适配电芯的性能。今天我们来简要分析下PVDF涂层隔膜与PMMA涂层隔膜,以及PMMA隔膜能否替代PVDF涂层隔膜。

首先我们来看下二者涂层隔膜的差异点:

一.结构

PMMA:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是通过自由基聚合反应将甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体连接成聚合物的。

PVDF:聚偏二氟乙烯,简称PVDF,是一种高度非反应性聚合物。

二.热稳定性

PMMA:玻璃化转变温度约104℃,熔点约150℃,最高连续使用温度在 65-95℃,热变形温度约为 96℃。高温下软化甚至熔化可能导致隔膜塌缩,引发内部短路,存在一定的安全隐患。

PVDF:熔点约170°C,分解温度>300°C,耐高温性更优,但缺乏主动闭孔机制。高热稳定性和化学惰性使其在热失控条件下仍能保持结构完整,有助于防止电池短路或起火。

三.机械强度

PMMA:拉伸强度为 55-77MPa,弯曲强度为 110MPa,属于硬而脆的塑料,具有缺口敏感性,应力作用下易开裂,表面硬度低。需依赖基膜(如PE/PP)支撑,抗穿刺性弱于PVDF

PVDF:有良好的机械强度和韧性,拉伸强度一般在 30MPa-40MPa 左右,断裂伸长率较高,可达 100%-300%,抗磨损、抗撕裂性能较好。韧性更强,涂层本身可提升隔膜抗穿刺能力。

四.电解液适配性

PMMA:极性基团多,与碳酸酯类电解液润湿性好,吸液率较高,有助于提升快充性能。在低温环境下,PMMA涂层的电池性能通常优于PVDF涂层。

PVDF:化学结构中含有强极性的C-F键,但分子链整体呈现一定的疏水性。由于PVDF的结晶度较高,其表面极性基团暴露较少,导致与电解液的润湿性相对较弱。导致其界面阻抗会比PMMA略大。

五.粘结性

PMMA:主要依靠分子链上的酯基等极性基团与极片表面的极性位点形成物理吸附,以及在热压等条件下分子链的缠结来实现粘结。粘结强度相对来说比 PVDF 略低,在应对活性物质较大的体积膨胀和收缩时,可能会出现粘结力不足的情况,导致活性物质与集流体之间的结合变弱,甚至出现脱落现象。

PVDF:分子结构中氟原子电负性大,使得 PVDF 分子间能形成较强的氢键,并且通过范德华力与活性物质、集流体表面相互作用,从而产生粘结力。其粘结力要优于PMMA。

六.化学稳定性

PMMA:在电解液中可能发生轻微溶胀,尤其是在高温或长期循环条件下,导致结构稳定性下降。对HF等酸性物质的耐受性较弱,可能发生酯基水解,影响性能。在高温循环中可能发生降解,影响电池的长期性能。

PVDF:具有优异的化学稳定性,能在电解液等复杂化学环境中保持稳定,不易与电解液发生反应,化学稳定性较PMMA好。

七.加工性能

PMMA:可使用低沸点溶剂(如丙酮、乙酸乙酯)溶解,溶解速度快,工艺简单。

PVDF:需使用高沸点极性溶剂(如NMP,N-甲基吡咯烷酮)进行溶解,溶解过程较慢,且NMP价格昂贵。

八.成本

PMMA:原材料价格低廉,加工成本显著低于PVDF。

PVDF:溶剂NMP具有毒性,需配备回收装置,增加了设备投资和运营成本。原材料价格较高,尤其是近年受锂电需求拉动,PVDF价格大幅上涨。

九.应用领域

PMMA:在一些对成本较为敏感、对电池性能要求不是极其苛刻的小型消费类电子产品电池等领域也有应用

PVDF:适用于高端动力电池、高压体系和对性能要求高的场景。

所以综上看来,PMMA涂层隔膜还不能替代PVDF隔膜,但其也有企业已经运用到了小众消费电池上,也期待PMMA这一涂覆层做出更新颖的创新与改进。

文章来源:与锂时光

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