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小產品，大應用：盤點PVDF在鋰電池中的應用及市場概況

鋰電中國 2023-03-23 15:15:30

PVDF是半結晶聚合物——聚偏氟乙烯的簡稱，是一種外觀為乳白色半透明顆粒或白色粉末的高分子化合物，也是是氟塑料系列中第二大最常用的產品。

PVDF（圖片源自阿科瑪官網）

PVDF在鋰離子電池領域的應用

近年來，伴隨消費電子、新能源汽車、光伏儲能等產業的高速發展，PVDF的應用領域也得到進一步擴大，其中在鋰離子電池領域中，PVDF便同時作為正極粘結劑以及隔膜材料來應用。

鋰離子電池正極粘結劑

粘結劑在鋰離子電池中，主要有以下三個作用，將正負極活性物質和導電碳粘結，緩解充放電過程中的體積膨脹，使活性材料和導電劑穩定分散易于涂覆。粘結劑作為電池中不可忽視的一環，其性能要求包括：具有合適的粘結強度、在電極制備中形成穩定的漿料、電化學性穩定、化學穩定性、良好的熱穩定性以及一定的離子和電子導電性。

由于正極極片易吸水，過多的水分會導致電極發生不可逆反應，因此鋰離子電池正極粘結劑通常采用油性PVDF，且由于PVDF 在其應用領域內無成熟替代品，需求具備剛性，PVDF在全部正極粘結劑的市場滲透率高達90%。

PVDF 在正極上可以粘接活性物質、導電劑和集流體，保持活性物質制漿時的均勻性和穩定性，提供電極內所需的電子傳導，對電池的容量維持、使用壽命、穩定性等起到至關重要的作用。

不過由于PVDF與電極材料間存在較弱的范德華力，容易導致電極顆粒脫團，進而導致容量衰減，同時PVDF的體積膨脹使電池在充放電的過程中電阻增加，粘結強度也有所下降，對鋰離子體系的電化學性能有著不利的影響。因此，目前市場上所使用的PVDF粘結劑通常為改性PVDF，其改性方式包括接枝改性、共聚改性以及共混改性等。

鋰離子電池隔膜材料

隔膜是鋰離子電池最為關鍵的組成部分，它位于陽極和陰極之間，起到分隔陰陽極、防止短路的作用，同時又允許鋰離子通過模孔結構中的電解液自由傳輸。隔膜的性能直接影響電池的性能，如能量密度、功率密度、循環壽命和安全性。為了確保鋰離子電池安全有效穩定運行，鋰離子電池隔膜需要滿足以下條件：

而PVDF具有高極性和高介電常數，有助于鋰鹽的離子化，而且能夠在電解液中溶脹，且具有優良的力學性能、熱穩定性和化學穩定性，以及易于成膜等特點，因此PVDF及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）、聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯（PVDF-CTFE）在鋰離子電池隔膜領域被廣泛應用。

不過由于PVDF 具有較高的結晶度和界面電阻，導致其包埋液體電解液的親和力差，限制了PVDF在鋰離子電池隔膜領域的應用。為了改善PVDF隔膜的相關性能，擴大其應用范圍，研究人員采用了很多改性方法，包括本體改性和表面改性。

PVDF市場概況

以寧德時代 2020 年 3.48 億/GWh 的原料采購成本測算，PVDF 僅占其采購成本的約 1.7%。2021-2022 年，盡管 PVDF 價格飆升，但在鋰電材料整體價格大漲的背景下，其成本占比也僅上升至約 5%。

雖然目前隔膜材料種類繁多，PVDF僅占其中小部分市場，但作為正極粘結劑，PVDF目前仍是無可替代，占有正極粘結劑超過90%的市場，而受益于新能源賽道的持續發展，鋰離子電池出貨量不斷提升，帶動 PVDF 粘結劑的需求也在不斷提高。根據氟務在線統計，2022年我國PVDF總產能12.5萬噸，預計2023年總產能19.8萬噸。不過由于發展時間較短，目前國內PVDF產品主要用于低端鋰離子電池產品，而高端鋰電池基本仍然使用進口PVDF材料。

國內PVDF生產企業

目前國內PVDF生產企業包括聯創股份、巨化股份、中化藍天、三愛富等。

1、聯創股份

國產鋰電級PVDF先發企業，成立于2003年，主要從事互聯網營銷和相關服務及含氟新材料、聚氨酯新材料的研發、生產和銷售等業務，主要產品有含氟制冷劑、含氟聚合物、組合聚醚、聚酯多元醇、聚醚多元醇等，當前已形成系列氟化工產品、聚氨酯產品產業鏈。

2022年6月30日，聯創股份公告稱，子公司山東華安新材料年產8000噸PVDF項目，其中一期生產線3000噸PVDF已進入試生產運營階段，二期5000噸/年產能按照計劃于2022年6月試投產。根據規劃，公司PVDF遠期產能約6.4萬噸產能。

2、巨化股份

國內氟化工行業龍頭，成立于1998年，主要從事基本化工原料、氟化工原料、制冷劑、含氟聚合物材料、含氟精細化學品、食品包裝材料及后續產品的研發、生產與銷售等業務。于2005年開工年產萬噸的R134a項目；2011年，公司與控股股東巨化集團的技術中心合作，開始研發第四代制冷劑，完善技術儲備；隨后幾年，通過持續的研發投入，公司持續完善氟化工產業鏈。

3、中化藍天

中化藍天集團有限公司成立于2000年，是中國中化控股有限責任公司（由中國中化集團有限公司與中國化工集團有限公司聯合重組而成）成員企業。2005年公司開始著力研發鋰電用PVDF膠粘劑樹脂，是國內首家實現共聚PVDF產業化的企業。目前發展出一系列的鋰電池用PVDF粘結劑產品，包括高分子量均聚產品中耐?2533、低分子量均聚產品中耐?2510。

4、三愛富

上海華誼三愛富新材料有限公司是上海華誼（集團）公司的全資子公司，成立于2007年，是專業從事氟聚合物（聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、氟橡膠FKM等）、氟精細化學品、氟制冷劑等各類含氟化學品的研究、開發、生產和經營的高科技企業。國內PVDF第一條產線由三愛富建立。目前公司擁有3萬噸 PVDF 產能，主要用于涂料、光伏背板等領域。

國外PVDF生產企業

目前國外PVDF生產企業包括阿科瑪、索爾維、株式會社吳羽、大金柱式工業會社等。

1、阿科瑪

阿科瑪中國總部位于上海。中國市場對于整個阿科瑪集團有著舉足輕重的作用，是其第二大國家市場。早在1984年，阿科瑪的前身便已在中國開展業務。秉承集團創新和可持續發展戰略，阿科瑪在中國的業務不斷發展壯大。阿科瑪在歐洲、北美和亞洲均設有PVDF生產基地。

2、索爾維

索爾維成立于1863年，今天的索爾維在其大部分業務領域都位列世界前三。目前，索爾維在中國有12個生產基地以及1個研究與創新中心。蘇威特種聚合物（常熟）有限公司成立于2007年，隸屬于索爾維集團特種聚合物事業部。索爾維PVDF有兩個系列：Solef PVDF和Halar PVDF，其中Solef PVDF用于鋰電粘結劑、太陽能背板及粒狀樹脂領域，生產基地在中國和法國。Halar PVDF主要用于涂料領域，生產基地在美國。

3、株式會社吳羽

株式會社吳羽創立于1944年，集團總部位于日本東京都，目前在全球10多個國家共擁有40余家分支機構。吳羽集團是一家以生產特殊化學品和樹脂為主的國際化集團公司，是世界上為數不多的聚偏二氟乙烯（PVDF）樹脂生產制造商，該產品廣泛應用于太陽能電池背板膜、水處理中空纖維膜、鋰離子電池正、負極黏合劑等領域，其中在鋰離子電池正、負極黏合劑應用上占全球市場份額的50%。