用于电极的粘合剂组合物和其生产方法技术

本发明专利技术公开和/或要求保护的发明专利技术工艺、程序、方法、产品、结果和/或构思(下文中统称为“本发明专利技术公开和/或要求保护的发明专利技术构思”)大体上涉及用于电池电极中的粘合剂的组合物和其制备方法。更特定来说但不作为限制，本发明专利技术公开和/或要求保护的发明专利技术构思涉及含有可电离的水溶性聚合物和含有乳胶、保护性胶体和防结块剂的可再分散粉末的粘合剂组合物，其用于生产和制造锂离子电池的电极。另外，本发明专利技术公开和/或要求保护的发明专利技术构思大体上涉及利用含有可电离的水溶性聚合物和可再分散粉末的粘合剂组合物制备电极(阳极和阴极二者)的组合物和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 相关申请的夺叉引用 本申请根据35U.S.C. 119(e)要求2013年5月23日提交的美国临时专利申请序 列号61/826, 794的权益并且根据35U.S.C.要求2013年6月27日提交的美国临时专利申 请序列号61/840,098的权益，所述临时专利申请的全部内容在此以引用方式明确并入本 文中。
1、所公开和要求保护的专利技术构思的领域 本专利技术公开和/或要求保护的专利技术工艺、程序、方法、产品、结果和/或构思（在下 文统称为"本专利技术公开和/或要求保护的专利技术构思"）大体上涉及用于电池电极中的粘合剂 组合物和制备所述组合物的方法。更特定来说但不作为限制，本专利技术公开和/或要求保护 的专利技术构思涉及用于生产和制造锂离子电池的电极的粘合剂组合物，其包含可电离的水溶 性聚合物和含有乳胶、保护性胶体和防结块剂的可再分散粉末。另外，本专利技术公开和/或要 求保护的专利技术构思大体上涉及利用含有可电离的水溶性聚合物和可再分散粉末的粘合剂 组合物制备电极（阳极和阴极二者）的电极组合物和方法。 2、
技术介绍
锂离子电池用于一系列产品中，包括医疗装置、电动汽车、飞机和最显著的消费产 品（例如膝上型计算机、手机和照相机）。由于锂离子电池的高能量密度、高操作电压和低 自放电，因此其已占领二次电池市场并且在开发工业和产品中不断找到新应用。 通常，锂离子电池（LIB)包含阳极、阴极和电解质材料（例如含有锂盐的有机溶 剂）。更具体来说，阳极和阴极（总起来说，"电极"）通过下列方式形成：将阳极活性材料 或阴极活性材料与粘合剂和溶剂混合以形成膏糊或浆体，然后在集电器（例如铝或铜）上 涂布所述膏糊或浆体并干燥，以在集电器上形成膜。然后，将阳极和阴极分层并且卷绕，之 后将其收容在含有电解质材料的加压外壳中，它们全部一起形成锂离子电池。 在制备电极时，重要的是选择具有足够的粘着性质和化学性质的粘合剂，使得在 集电器上涂布的膜即使在被操作以装进加压电池外壳中时也将维持与集电器的接触。由于 膜含有电极活性材料，因此如果膜不维持与集电器的足够接触，那么将可能显著干扰电池 的电化学性质。因此，粘合剂在锂离子电池的性能方面起重要作用。因此，目前需要不仅改 善现有粘合剂的性能而且提供易于快速生产的粘合剂。目前，用于锂离子电池中的粘合剂通常由纤维质流变改性剂和乳胶材料（例如苯 乙烯丁二烯（SB))组成，将它们在多步骤方法中与电极活性材料和分散剂混合。参见例如 由Choi等人提交的US2004/0258991和其相应欧洲申请EP1489673,其二者以全文引用方 式并入本文中。由于纤维质材料通常呈粉末形式，因此除非在纤维质材料的低浓度（例如， 小于3%)下经受高剪切，否则其不易溶于水并且需要长时间来溶解。然而，苯乙烯丁二烯 乳胶在高剪切（和高温度）下是不稳定的，且因此无法在单一混合步骤中与纤维质材料和 电极活性材料混合在一起。因此，方法中乳胶材料的使用通常需要将纤维质材料和电极活 性材料与水单独混合，以首先形成个别溶液，然后将所述溶液混合在一起，之后添加乳胶材 料。因此，生产含有乳胶材料的粘合剂所需要的步骤的数量使生产锂离子电池电极所需要 的总体成本和时间增加。此外，苯乙烯丁二烯乳胶（约40%到60%水）在室温下不稳定并 且需要杀生物剂以将其储存较长时段。因此，对于多步骤方法来说不方便储存和运输苯乙 烯丁二烯乳胶，特别是在温度通常低于室温（也就是低于25°C)的冬月期间。 考虑到先前技术方法需要可能大大增加制备为锂离子电池电极的生产所需要的 浆体的费用的多阶段费时步骤，工业上需要可以在对于生产浆体来说较容易且成本较有效 的单一步骤方法中与纤维质粉末和粉末状电极活性材料混合的粉末状复合粘合剂。这种需 要可通过（例如但不作为限制）使用可再分散粉末代替粘合剂组合物中的个别乳胶来满 足。可再分散粉末在本领域内被充分开发。例如，由Willimann等人提交且以全文引用方 式并入本文中的US2011/0104378描述可用于构建材料组合物的可再分散粉末。 另外，目前的锂离子电池技术教示羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、氨乙基纤维素 和/或羟乙基纤维素作为纤维质材料的使用，其中羧甲基纤维素（CMC)已成为将要包括 在含有石墨作为阳极活性材料的LIB粘合剂中的纤维素材料的优选选择。参见例如由 Young-MinChoi等人提交并且以全文引用方式并入本文中的US2004/0258991。然而，随着 替代阴极和阳极活性材料的变化和演化，将需要改善的粘合剂以（例如）防止循环期间大 容量衰退。 具体地说，最近硅作为用于LIB的有前景的阳极活性材料已成为人们关注的焦 点。参见例如OntheBindingMechanismofCMCinSiNegativeElectrodesfor Li-IonBatteries,ElectrochemistryCommunications,第 9 卷，2801 - 2806(2007)，B. Lestriez,S.Bahri,I.Sandu,L.Roue,D.Guyomard，所述文献的全部内容在此以引用方式并 入。然而，已知硅在充电和放电期间经历大的体积变化，这可以引起电池的容量和总体性能 的问题。然而，本专利技术公开和/或要求保护的包含羧甲基羟乙基纤维素的基于可再分散粉 末的粘合剂组合物实际上可改善包含硅的锂离子电池的容量，但是硅趋向于在充电期间引 起大的体积变化。这部分地由羧甲基羟乙基纤维素的百分伸长率和柔性高于目前用于粘合 剂组合物中的其它纤维素（包括CMC)引起。此外，本文公开的包含羧甲基羟乙基纤维素的 基于可再分散粉末的粘合剂组合物能够用于阳极和阴极中，从而证实优于先前技术的改善 的电化学性质。 专利技术构思概沐 本专利技术公开和/或要求保护的专利技术构思涵盖可呈能够减少为形成用于生产锂离 子电池电极的浆体所需要的混合工作的干粉末形式的粘合剂材料。本专利技术公开和/或要求 保护的专利技术构思进一步涵盖用于制备包含可电离的水溶性聚合物和包含保护性胶体、防结 块剂和乳胶聚合物的可再分散粉末的锂离子电池的粘合剂前体组合物。在一个实施方案 中，可电离的水溶性聚合物可为亲水改性的纤维质材料，例如但不限于羧烷基纤维素和羧 甲基羟乙基纤维素。预期可通过将水添加到上述粘合剂前体组合物中来形成浆体。 本专利技术公开和/或要求保护的专利技术构思还涵盖用于包含下列两项的锂离子电池 中的电极：（i)膜，其包含：（1)电极活性材料，和（2)包含可电离的水溶性聚合物和可再分 散粉末的粘合剂；和（ii)集电器。在一个实施方案中，可电离的水溶性聚合物可为亲水改 性的纤维素，例如但不限于羧烷基纤维素和羧甲基羟乙基纤维素。 另外，本专利技术公开和/或要求保护的专利技术构思还涵盖制备用于锂离子电池的电极 的方法，其包括下列步骤：（1)合并电极活性材料、可电离的水溶性聚合物、可再分散粉末 和水以形成浆体；（2)将浆体施加至集电器以形成在集电器上包含浆体层的被涂布的集电 器；和（3)干燥被涂布集电器上的浆体层以在集电器上形成膜，其中膜和集电器包含电极。 在一个实施方案中，可电离的水溶性聚合物可为亲水改性的纤维素，例如但不限于羧烷基 纤维素和羧甲基羟乙基纤维素。 附图简沐 图1是制备用于制造电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备锂离子电池的粘合剂前体组合物，其包含：可电离的水溶性聚合物；和包含保护性胶体、防结块剂和乳胶聚合物的可再分散粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·G·楚，A·E·戈利亚泽瓦斯基，
申请(专利权)人：赫尔克里士公司，
类型：发明
国别省市：美国;US