基于聚氨酯的电极粘结剂组合物及其用于电化学电池的电极制造技术

本发明专利技术涉及一种电极粘结剂组合物，一种使用所述粘结剂组合物制得的电极，及一种使用所述的电极制得的电化学电池，其中所有的这些材料均使用聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的组合物制造。该电极是使用所述的热塑性聚氨基甲酸及电极活性材料制造。该电化学电池可使用所述的电极，并使用(i)使用所述的聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组成制得的隔膜和/或间隔体；(ii)基于所述的聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电解质系统；或(iii)其组合而制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于聚氨酯的电极粘结剂组合物及其用于电化学电池的电极
技术介绍
本专利技术涉及一种电极粘结剂组合物，一种使用所述粘结组合物制造的电极，及一种使用所述电极制得的电化学电池，其中所有的这些材料均使用聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的组合物制造。该电极使用所述热塑性聚氨酯及电极活性材料制造。该电化学电池可使用所述电极，并使用以下制造：(i)使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的隔膜和/或间隔体；(ii)基于所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电解质体系；或(iii)其组合。随着便携电子设备，如PDA、手机和便携式电脑的供给增加，其使用范围也不断扩大。因而，更小、更轻、更薄且具有高性能的电池作为电源的需求也增加了，所以，对电池进行了大量研究。由于锂电池重量轻且能量密度较高，所以其已被作为此种便携式设备的主要电源。需要改进电化学电池的整体性能，因此，需要改进组成电化学电池的组件。用于锂电池的阴极活性材料可包括含Li的过渡金属氧化物，如LiCoO2，LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4及硫族元素化合物，如MoS2。由于这些化合物具有层-结晶结构，所以，Li离子可以被可逆地插入或抽出。因而，这些化合物已被广泛地作为用于锂电池的阴极活性材料。金属锂可被作为阳极活性材料。然而，锂的锂离子被插入或抽出。因为在电池充电/放电期间，锂会反复地溶解和沉淀，所以针形锂枝晶在锂表面上生长。针形枝晶具有较低的充电/放电效率，且会因接触阴极而造成内部短路。另外，锂金属在这些应用中由于其对氧及水分的反应性而非常不稳定。为了解决这些问题，现正考虑使用可将Li离子能可逆地插入及抽出的锂合金、金属粉、石墨或碳材料、金属氧化物或金属硫化物作为阳极材料。然而，在将由锂合金所制成的片形阳极用于电池时，片形合金在充电/放电期间变薄，因而降低电流收集性质。因此，充电/放电特征劣化。在片形电极是由金属粉、碳材料、金属氧化物或金属硫化物粉末制造时进一步使用粘结剂，因为这些材料自身以粉末形式无法形成电极。例如在使用碳材料制造阳极时，经常添加弹性橡胶类聚合物材料作为粘结剂。在使用金属氧化物或金属硫化物制造阳极时，除了粘结剂，也添加导电剂以改进充电/放电特性。通常在使用碳材料制造阳极时，碳材料被粉碎成粉末且添加粘结剂。然而，如果使用常规的橡胶类聚合物材料作为粘结剂，则根据粘结剂的用量来涂覆石墨粒子，因而阻碍锂离子的插入及抽出，且高效率放电特性劣化。如果单独使用常规粘结剂，不管碳质材料的种类及形式为何均应添加大量粘结剂，因为金属芯材料与常规粘结剂之间的粘结力微弱。然而，在添加大量粘结剂以强化粘结力时，碳材料的表面被粘结剂涂覆。因此，高效率放电特性劣化。相反地，如果使用少量粘结剂以维持放电特性，则无法容易地制造片形电极，因为电极板用的材料与芯材料分离。此外，制造电极板的失败比例增加。因此，现在需要可用于电极的粘结剂使生成电极表现至少如同常规电极，以解决一个或多个的在此所述问题。换言之，现在需要改进电极粘结剂、由此粘结剂制得的电极、及使用一个或多个的此种电极的电化学电池，以解决在目前替代品中所遭遇的问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种电极粘结剂组合物，其是使用聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合物而制得。本专利技术还包括以所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制备电极粘结剂组合物的用途，及由其制造得到的电极。本专利技术还提供一种电化学电池电极，其包含：(A)包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电极粘结剂组合物，及(B)电极活性材料，及其中该电极任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合。该电极可为电化学电池例如锂电池用的片形电极。本专利技术进一步涉及一种包含至少一个电极的电化学电池，其中，该电极包含：(A)包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电极粘结剂组合物，及(B)电极活性材料，及其中该电极任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合。对于所述电话学电池，本专利技术进一步提供以下：(i)使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的该电池的隔膜和/或间隔体；(ii)该电池的电解质体系包括分散于使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的聚合物支撑结构中的电解质活性物质；或(iii)它们的组合。本专利技术提供一种电极粘结剂组合物，由其制得的电极，及使用(A)聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的电化学电池。该电极可进一步包括(B)电极活性材料。该电极进一步包括导电剂，如炭黑或镍粉。这些导电剂可称为阴极或阳极粉末。电极也可进一步包括任选的有机溶剂，例如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMA)、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮及它们的组合。在一些实施方式中，不使用溶剂，或者在制备电极期间将溶剂移除。该聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物是通过(i)至少一种聚(二亚烷基酯)多元醇中间体与(ii)至少一种二异氰酸酯及(iii)至少一种扩链剂反应而制造；其中(i)聚(二亚烷基酯)多元醇中间体包括由至少一种二亚烷基二醇及至少一种二羧酸或其酯或酐得到的中间体。本专利技术亦提供一种包含至少一个电极的电化学电池，该电极包含：(A)聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物及(B)电极活性材料的组合物。该电化学电池可进一步包括：(I)设置于该正极与负极之间的间隔体隔膜，其中该隔膜包含(A)聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物；(II)设置于该正极与负极之间的聚合物凝胶电解质，其中该聚合物电解质包含(A)聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，(B)碱金属盐，及(C)非质子有机溶剂。该隔膜可包含在此所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物。该电解质体系用于具有正极与负极的电化学电池，该电解质体系包含：(A)由聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的聚合物支撑结构，(B)碱金属盐，及(C)非质子有机溶剂。在任何这些实施方式中，本专利技术提供聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，其是由将(i)至少一种聚(二亚烷基酯)多元醇中间体与(ii)至少一种二异氰酸酯及(iii)至少一种扩链剂反应而制造；其中(i)聚(二亚烷基酯)多元醇中间体包括由至少一种二亚烷基二醇及至少一种二羧酸或其酯或酐得到的中间体。在一些实施方式中，组分(iii)扩链剂包括氢醌二(β-羟基乙基)醚。在这些实施方式的一些中，组分(iii)基本上不含、或甚至不含乙二醇、丁二醇和/或小二胺。本专利技术亦提供一种电化学电池，其包含正极，负极，及(I)设置于该正极与负极之间的间隔体隔膜，其中该隔膜包含(A)聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物；(II)设置于该正极与负极之间的聚合物凝胶电解质，其中该聚合物电解质包含(A)所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，(B)碱金属盐，及(C)非质子有机溶剂；或(III)(I)与(II)两者。在一些实施方式中，该电化学电池具有至少一种以下特性：(i)充电/放电循环寿命＞500，＞750，或甚至＞1000；(ii)在500次循环后，充电/放电效率＞90％，或甚至＞95％；(iii)-10至70℃的操作窗口；(iv)基本上不含任何刚性金属制外壳；和/或(v)为袋型电池。具体实施方式以下通过非限制描述的方式说明本专利技术的各种特点及实施方式。本专利技术涉及一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极粘结剂组合物，其包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，以及任选地进一步包含导电剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.28 US 61/552,5521.一种电化学电池，其包含至少一个电极和电极活性材料，其中该电极包含电极粘结剂组合物，其包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，以及任选地进一步包含导电剂。2.根据权利要求1的电化学电池，其中该导电剂包括炭黑、镍粉或它们的组合。3.根据权利要求1至2中任一项的电化学电池，其中所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物是通过将(i)至少一种聚(二亚烷基酯)多元醇中间体与(ii)至少一种二异氰酸酯及(iii)至少一种扩链剂反应而制得；其中(i)聚(二亚烷基酯)多元醇中间体包括由二乙二醇和己二酸得到的中间体。4.根据权利要求3的电化学电池，其中(ii)二异氰酸酯包括：4,4'-亚甲基双(苯基异氰酸酯)、六亚甲基二异氰酸酯、3,3'-二甲基联苯-4,4'-二异氰酸酯、间二甲苯二异氰酸酯、亚苯基-1,4-二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、二苯基甲烷-3,3'-二甲氧基-4,4'-二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己基二异氰酸酯、癸烷-1,10-二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯或它们的组合；其中(...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·戈，卢启威，曹飞娜，
申请(专利权)人：路博润高级材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US