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小产品，大应用：盘点PVDF在锂电池中的应用及市场概况

锂电中国 2023-03-23 15:15:30

PVDF是半结晶聚合物——聚偏氟乙烯的简称，是一种外观为乳白色半透明颗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产品。

PVDF（图片源自阿科玛官网）

PVDF在锂离子电池领域的应用

近年来，伴随消费电子、新能源汽车、光伏储能等产业的高速发展，PVDF的应用领域也得到进一步扩大，其中在锂离子电池领域中，PVDF便同时作为正极粘结剂以及隔膜材料来应用。

锂离子电池正极粘结剂

粘结剂在锂离子电池中，主要有以下三个作用，将正负极活性物质和导电碳粘结，缓解充放电过程中的体积膨胀，使活性材料和导电剂稳定分散易于涂覆。粘结剂作为电池中不可忽视的一环，其性能要求包括：具有合适的粘结强度、在电极制备中形成稳定的浆料、电化学性稳定、化学稳定性、良好的热稳定性以及一定的离子和电子导电性。

由于正极极片易吸水，过多的水分会导致电极发生不可逆反应，因此锂离子电池正极粘结剂通常采用油性PVDF，且由于PVDF 在其应用领域内无成熟替代品，需求具备刚性，PVDF在全部正极粘结剂的市场渗透率高达90%。

PVDF 在正极上可以粘接活性物质、导电剂和集流体，保持活性物质制浆时的均匀性和稳定性，提供电极内所需的电子传导，对电池的容量维持、使用寿命、稳定性等起到至关重要的作用。

不过由于PVDF与电极材料间存在较弱的范德华力，容易导致电极颗粒脱团，进而导致容量衰减，同时PVDF的体积膨胀使电池在充放电的过程中电阻增加，粘结强度也有所下降，对锂离子体系的电化学性能有着不利的影响。因此，目前市场上所使用的PVDF粘结剂通常为改性PVDF，其改性方式包括接枝改性、共聚改性以及共混改性等。

锂离子电池隔膜材料

隔膜是锂离子电池最为关键的组成部分，它位于阳极和阴极之间，起到分隔阴阳极、防止短路的作用，同时又允许锂离子通过模孔结构中的电解液自由传输。隔膜的性能直接影响电池的性能，如能量密度、功率密度、循环寿命和安全性。为了确保锂离子电池安全有效稳定运行，锂离子电池隔膜需要满足以下条件：

而PVDF具有高极性和高介电常数，有助于锂盐的离子化，而且能够在电解液中溶胀，且具有优良的力学性能、热稳定性和化学稳定性，以及易于成膜等特点，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）在锂离子电池隔膜领域被广泛应用。

不过由于PVDF 具有较高的结晶度和界面电阻，导致其包埋液体电解液的亲和力差，限制了PVDF在锂离子电池隔膜领域的应用。为了改善PVDF隔膜的相关性能，扩大其应用范围，研究人员采用了很多改性方法，包括本体改性和表面改性。

PVDF市场概况

以宁德时代 2020 年 3.48 亿/GWh 的原料采购成本测算，PVDF 仅占其采购成本的约 1.7%。2021-2022 年，尽管 PVDF 价格飙升，但在锂电材料整体价格大涨的背景下，其成本占比也仅上升至约 5%。

虽然目前隔膜材料种类繁多，PVDF仅占其中小部分市场，但作为正极粘结剂，PVDF目前仍是无可替代，占有正极粘结剂超过90%的市场，而受益于新能源赛道的持续发展，锂离子电池出货量不断提升，带动 PVDF 粘结剂的需求也在不断提高。根据氟务在线统计，2022年我国PVDF总产能12.5万吨，预计2023年总产能19.8万吨。不过由于发展时间较短，目前国内PVDF产品主要用于低端锂离子电池产品，而高端锂电池基本仍然使用进口PVDF材料。

国内PVDF生产企业

目前国内PVDF生产企业包括联创股份、巨化股份、中化蓝天、三爱富等。

1、联创股份

国产锂电级PVDF先发企业，成立于2003年，主要从事互联网营销和相关服务及含氟新材料、聚氨酯新材料的研发、生产和销售等业务，主要产品有含氟制冷剂、含氟聚合物、组合聚醚、聚酯多元醇、聚醚多元醇等，当前已形成系列氟化工产品、聚氨酯产品产业链。

2022年6月30日，联创股份公告称，子公司山东华安新材料年产8000吨PVDF项目，其中一期生产线3000吨PVDF已进入试生产运营阶段，二期5000吨/年产能按照计划于2022年6月试投产。根据规划，公司PVDF远期产能约6.4万吨产能。

2、巨化股份

国内氟化工行业龙头，成立于1998年，主要从事基本化工原料、氟化工原料、制冷剂、含氟聚合物材料、含氟精细化学品、食品包装材料及后续产品的研发、生产与销售等业务。于2005年开工年产万吨的R134a项目；2011年，公司与控股股东巨化集团的技术中心合作，开始研发第四代制冷剂，完善技术储备；随后几年，通过持续的研发投入，公司持续完善氟化工产业链。

3、中化蓝天

中化蓝天集团有限公司成立于2000年，是中国中化控股有限责任公司（由中国中化集团有限公司与中国化工集团有限公司联合重组而成）成员企业。2005年公司开始着力研发锂电用PVDF胶粘剂树脂，是国内首家实现共聚PVDF产业化的企业。目前发展出一系列的锂电池用PVDF粘结剂产品，包括高分子量均聚产品中耐®2533、低分子量均聚产品中耐®2510。

4、三爱富

上海华谊三爱富新材料有限公司是上海华谊（集团）公司的全资子公司，成立于2007年，是专业从事氟聚合物（聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、氟橡胶FKM等）、氟精细化学品、氟制冷剂等各类含氟化学品的研究、开发、生产和经营的高科技企业。国内PVDF第一条产线由三爱富建立。目前公司拥有3万吨 PVDF 产能，主要用于涂料、光伏背板等领域。

国外PVDF生产企业

目前国外PVDF生产企业包括阿科玛、索尔维、株式会社吴羽、大金柱式工业会社等。

1、阿科玛

阿科玛中国总部位于上海。中国市场对于整个阿科玛集团有着举足轻重的作用，是其第二大国家市场。早在1984年，阿科玛的前身便已在中国开展业务。秉承集团创新和可持续发展战略，阿科玛在中国的业务不断发展壮大。阿科玛在欧洲、北美和亚洲均设有PVDF生产基地。

2、索尔维

索尔维成立于1863年，今天的索尔维在其大部分业务领域都位列世界前三。目前，索尔维在中国有12个生产基地以及1个研究与创新中心。苏威特种聚合物（常熟）有限公司成立于2007年，隶属于索尔维集团特种聚合物事业部。索尔维PVDF有两个系列：Solef PVDF和Halar PVDF，其中Solef PVDF用于锂电粘结剂、太阳能背板及粒状树脂领域，生产基地在中国和法国。Halar PVDF主要用于涂料领域，生产基地在美国。

3、株式会社吴羽

株式会社吴羽创立于1944年，集团总部位于日本东京都，目前在全球10多个国家共拥有40余家分支机构。吴羽集团是一家以生产特殊化学品和树脂为主的国际化集团公司，是世界上为数不多的聚偏二氟乙烯（PVDF）树脂生产制造商，该产品广泛应用于太阳能电池背板膜、水处理中空纤维膜、锂离子电池正、负极黏合剂等领域，其中在锂离子电池正、负极黏合剂应用上占全球市场份额的50%。