复合电极制造技术

本发明专利技术涉及一种形成电极用组合物，涉及所述形成电极用组合物在用于制造复合电极的方法中的用途，涉及所述复合电极并且涉及一种包括所述复合电极的二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合电极本申请要求于2014年5月7日提交的欧洲申请号14305669.5的优先权，出于所有目的将所述申请的全部内容通过援引方式并入本申请。
本专利技术涉及一种形成电极用组合物，涉及所述形成电极用组合物在用于制造复合电极的方法中的用途，涉及所述复合电极并且涉及一种包括所述复合电极的二次电池。
技术介绍
电化学装置如二次电池典型地包括正电极、负电极以及放置在所述电极之间的电解质。氟聚合物在本领域中已知适合作为粘合剂用于制造用于在电化学装置如二次电池中使用的电极。总体上，用于制造或者正电极或者负电极的技术涉及使用有机溶剂(如N-甲基-2-吡咯烷酮)用于溶解氟聚合物粘合剂并使它们与电活性材料和所有其他适合的组分均质化，以生产施用到金属集电体上的糊剂。该有机溶剂的作用典型地是溶解该氟聚合物以便将电活性材料颗粒彼此粘合在一起并且在该有机溶剂蒸发时将这些颗粒粘合到金属集电体上。该聚合物粘合剂应该适当地将这些电活性材料颗粒粘合在一起并且适当地将这些颗粒粘合到金属集电体上，使得这些颗粒在充电和放电循环过程中可以化学地承受大体积膨胀和收缩。例如，US2005/0129838(德国蓄电池制造公司(GAIAAKKUMULATORENWERKEGMBH))6/16/2005披露了一种用于制造用于锂离子电池的电极的方法，所述方法包括：通过混合Li-可嵌入的(intercatable)活性电极材料、支持电解质和溶剂制备一种电极材料混合物，将该电极材料混合物与粘合剂混合，使该电极材料混合物均质化直到该电极本体作为单相悬浮体存在，将该活性电极本体作为均匀涂层施加到导体上，干燥施加到该导体上的该电极本体，并且调节该电极本体至所希望的层厚度。该粘合剂优选地是氟聚合物。该溶剂典型地是选自碳酸烷基酯类、乙二醇醚类以及全氟醚类的非质子溶剂。另外，JP2002/319405(丰田汽车公司(TOYOTAMOTORCORPORATION))10/31/2002披露了用于锂离子二次电池的正电极，所述正电极是从其中正电活性材料和硅烷偶联剂溶解在有机溶剂中的组合物可获得的。该组合物进一步可包括粘合剂和导电材料。适合于在电化学装置如二次电池中使用的电解质典型地包括液体电解质和固体电解质，特别是聚合物电解质。为了使电解质适合于在二次电池中使用，它们应该展示高的离子电导率、对于电极的高的化学和电化学稳定性以及在宽的温度范围内的高的热稳定性。适合于在锂离子二次电池中使用的液体电解质典型地包括溶解于有机溶剂中的锂盐。例如，WO2011/121078(苏威苏莱克斯公司(SolvaySolexisS.p.A.))10/6/2011披露了用于电化学装置的、基于通过一种方法可获得的基于氟聚合物的杂化的有机/无机复合材料的隔膜，该方法包括使具有羟基的官能氟聚合物与Si、Ti或Zr的可水解化合物反应并且然后水解和/或缩聚由此提供的化合物。然而，当在液体电解质的闪点以上加热它时，由于过热可出现关键的安全问题。具体地，通过由阴极材料释放的氧与作为燃料的有机液体电解质的化学反应在高温下可发生热失控。为了解决在锂离子二次电池中的安全问题，已经研究了凝胶聚合物电解质，其有利地结合了液体电解质和固体聚合物电解质两者的优点，因此被赋予了高的离子导电率和高的热稳定性。因此，本领域中还存在对有利地使能够制造展示出色容量值的电化学装置的电极和电解质两者的需求。专利技术概述现在已经出乎意料地发现，通过使用本专利技术的氟聚合物组合物有可能制造适合于在二次电池中使用的复合电极，所述复合电极展示了对金属集电体的高的粘附性和在电活性材料之内高的内聚力，同时实现在由此提供的电化学装置中的高的离子导电率。在第一实例中，本专利技术涉及一种形成电极用组合物[组合物(C1)]，该组合物包含：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]，该部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种氟化单体[单体(F)]以及任选地至少一种氢化单体[单体(H)]的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-包含至少一种金属盐的电解质介质[介质(EL)]，-至少一种有机溶剂[溶剂(S)]，以及-任选地，至少一种导电剂[化合物(C)]。在第二实例中，本专利技术涉及本专利技术的形成电极用组合物[组合物(C1)]在用于制造适合于在电化学装置中使用的复合电极[电极(CE)]的方法中的用途。适合的电化学装置的非限制性实例包括二次电池。出于本专利技术的目的，术语“二次电池”旨在表示可再充电电池。本专利技术的二次电池优选地是碱金属或碱土金属二次电池。本专利技术的二次电池更优选地是锂离子二次电池。因此，本专利技术还涉及一种用于制造复合电极[电极(CE)]的方法，所述方法包括：(i)提供一种电极[电极(E)]，该电极包括：-金属基底，以及-直接粘附到所述金属基底的一个表面上的至少一个层[层(L1)]，该层由一种组合物制成，该组合物包含至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]、至少一种电活性化合物[化合物(EA)]以及任选地至少一种导电剂[化合物(C)]；(ii)提供一种形成电极用组合物[组合物(C1)]；(iii)将在步骤(ii)中提供的该组合物(C1)施加到在步骤(i)中提供的该电极(E)的表面上，由此提供表面涂覆的电极；并且(iv)干燥在步骤(iii)中提供的该表面涂覆的电极。该电极[电极(E)]是典型地通过以下步骤可获得的：(j)提供金属基底；(jj)将一种形成电极用组合物[组合物(C2)]施加在步骤(j)中提供的该金属基底的一个表面上，该形成电极用组合物包含：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种有机溶剂[溶剂(S)]，以及-任选地，至少一种导电剂[化合物(C)]由此提供表面涂覆的电极；并且(jjj)干燥在步骤(jj)中提供的该表面涂覆的电极。组合物(C2)优选地不含介质(EL)。该金属基底典型地用作金属集电体。该金属基底通常是由金属(如铜、铝、铁、不锈钢、镍、钛或银)制成的箔片、筛网或网格。在第三实例中，本专利技术涉及通过本专利技术的方法可获得的复合电极[电极(CE)]。本专利技术的复合电极[电极(CE)]典型地包括：-金属基底，-直接粘附到所述金属基底的一个表面上的至少一个层[层(L1)]，该层由一种组合物制成，该组合物包含至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]、至少一种电活性化合物[化合物(EA)]以及任选地至少一种导电剂[化合物(C)]，以及-直接粘附到所述层(L1)的至少一个层[层(L2)]，该层由一种组合物制成，该组合物包含至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]、至少一种电活性化合物[化合物(EA)]、包含至少一种金属盐的电解质介质[介质(EL)]以及任选地至少一种导电剂[化合物(C)]。本专利技术的电极(CE)的层(L1)优选地不含介质(EL)。出于本专利技术的目的，术语“电活性化合物[化合物(EA)]”旨在表示在电化学装置的充电阶段和放电阶段过程中能够将碱金属或者碱土金属离子结合或插入至其结构中并且实质上自其释放碱金属或者碱土金属离子的化合物。化合物(EA)优选地能够结合或插入并且释放锂离子。电极(CE)的层(L1)和层(L2)两者的化合物(EA)的性质取决于由此提供的电极(CE)是正复合电极[电极(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成电极用组合物[组合物(C1)]，包含：‑至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]，‑至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，‑包含至少一种金属盐的电解质介质[介质(EL)]，‑至少一种有机溶剂[溶剂(S)]，该有机溶剂选自由醇类、酮类、直链的或环状的酯类、直链的或环状的酰胺类以及二甲基亚砜组成的组，以及‑任选地，至少一种导电剂[化合物(C)]。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.07 EP 14305669.51.一种形成电极用组合物[组合物(C1)]，包含：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(F)]，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-包含至少一种金属盐的电解质介质[介质(EL)]，-至少一种有机溶剂[溶剂(S)]，该有机溶剂选自由醇类、酮类、直链的或环状的酯类、直链的或环状的酰胺类以及二甲基亚砜组成的组，以及-任选地，至少一种导电剂[化合物(C)]。2.根据权利要求1所述的组合物(C1)，其中该聚合物(F)是选自下组，该组由以下各项组成：-聚合物(F-1)，该聚合物包含衍生自偏二氟乙烯(VDF)以及任选地至少一种不同于VDF的氟化单体[单体(F)]的重复单元，以及-聚合物(F-2)，该聚合物包含衍生自以下各项的重复单元：至少一种选自四氟乙烯(TFE)和三氟氯乙烯(CTFE)的全(卤)氟化单体[单体(FX)]，至少一种选自乙烯、丙烯和异丁烯的氢化单体[单体(H)]，以及任选地，至少一种不同于所述单体(FX)、基于TFE和/或CTFE和所述单体(H)的总量典型地处于按摩尔计从0.01％至30％的量的单体(F)。3.根据权利要求1或2所述的组合物(C1)，进一步包含至少一种具有式(V)的金属化合物[化合物(M)]：X4-mAYm(V)其中m是从1到4的整数，并且根据某些实施例，是从1到3的整数，A是选自由Si、Ti和Zr组成的组的金属，Y是可水解的基团并且X是烃基，任选地包含一个或多个官能团，其中该聚合物(F)是一种官能的部分氟化的聚合物[聚合物(FF-2)]，该官能的部分氟化的聚合物包含衍生自至少一种氟化单体[单体(F)]以及至少一种包含至少一个羟基端基的氢化单体[单体(HOH)]的重复单元。4.根据权利要求3所述的组合物(C1)，其中该化合物(M)具有式(VI)：RA4-m’A(ORB)m’(VI)其中m’是从1到4的整数，并且根据某些实施例，是从1到3的整数，A是选自由Si、Ti和Zr组成的组的金属，RA和RB彼此相同或不同并且在每次出现时独立地选自C1-C18烃基，任选地包含一个或多个官能团。5.根据权利要求3或4所述的组合物(C1)，其中该化合物(M)或者是非官能化合物(M)或者是官能化合物(M)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物(C1)，其中该介质(EL)包含至少一种金属盐和至少一种有机碳酸酯。7.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物(C1)，其中该介质(EL)包含至少一种金属盐、至少一种离子液体和任选地至少一种有机碳酸酯。8.一种用于制造复合电极[电极(CE)]的方法，所述方法包括：(i)提供一种电极[电极(E)]，该电极包括：-金属基底，以及-直接粘附到所述金属基底的一个表面上的至少一个层...

【专利技术属性】
技术研发人员：O普拉斯，H鲁奥，JA阿布斯勒梅，
申请(专利权)人：索尔维公司，原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE