涂覆导电基材的方法及相关的可电沉积组合物技术

公开了一种制造用于锂离子电池的电极的方法，其中将导电基材浸没于可电沉积组合物中，该基材充当电路中的电极，该电路包括浸没于该组合物中的该电极及反电极，当电流在该电极之间通过时涂层经施涂至该基材的至少一部分上或上方。该可电沉积组合物包含：(a)水性介质；(b)离子(甲基)丙烯酸类聚合物；及(c)固体粒子，其包含：(i)含锂的粒子，及(ii)导电粒子，其中该组合物具有至少4:1的固体粒子与离子(甲基)丙烯酸类聚合物的重量比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂覆导电基材的方法及相关的可电沉积组合物相关申请的交叉引用本申请是2012年11月27日提交的共同未决的申请系列号13/686,003的部分继续申请。领域本专利技术涉及通过电沉积制造锂离子电池的方法。本专利技术还涉及用于制造含锂离子的电池的可电沉积组合物。背景电沉积作为涂层施涂方法，涉及在施加电位的影响下沉积组合物至导电基材上。当该基材浸没于该组合物中时沉积涂层，该基材充当浸没于该组合物中的电极及反电极的电路中的电极，当电流在该电极之间通过时，使涂层施涂至该基材。通常，在电沉积方法中使用的组合物包括分散于水性介质中的树脂相。虽然该基材所浸没于其中的组合物可包括颜料以提供颜色及其他填料及添加剂，但是以往由电沉积的涂层所寻求的特性(诸如显著的耐腐蚀性)主要因为连续树脂膜的沉积而产生。因此，该基材所浸没于其中的该组合物的树脂含量相对于颜料及其他填料的量是相对较高的。例如，此种组合物通常含有0.02至1重量份颜料相对于1重量份树脂相。锂离子电池由阴极、阳极、隔板及电解质组成。该阴极是具有含锂的活性材料(诸如LiFePO4)沉积于其上的金属(通常铝)箔基材。该含锂的活性材料是由含于有机溶剂(诸如N-甲基-2-吡咯啶酮)中的含有该含锂的活性材料、导电碳及粘合剂(诸如聚偏二氟乙烯)的浆液经由狭缝模具式涂布机沉积于该基材上。在这些浆液中，含锂的活性材料及导电碳的总量相对于粘合剂的量是高的，通常至少9重量份相对于1重量份。然而，使用这样的溶剂型浆液在环境方面是不令人期望的。因此，需要用于沉积含锂的组合物至金属箔上的替代方法及组合物。鉴于前述内容进行本专利技术。专利技术概述本专利技术涉及一种制造用于锂离子电池的电极的方法。该方法包括将导电基材浸没于可电沉积组合物中，该基材充当电路中的电极，该电路包括浸没于该组合物中的该电极及反电极，当电流在该电极之间通过时，使涂层施涂至该基材的至少一部分上或上方。在此方法中使用的该可电沉积组合物包含：(a)水性介质；(b)离子(甲基)丙烯酸类聚合物；及(c)固体粒子，其包含：(i)含锂的粒子，及(ii)导电粒子，且具有至少4:1的固体粒子与离子(甲基)丙烯酸类聚合物的重量比。本专利技术还涉及可电沉积组合物，其包含：(a)水性介质；(b)离子(甲基)丙烯酸类聚合物；及(c)固体粒子，其包含：(i)含锂的粒子，及(ii)导电粒子，其中该组合物具有至少4:1的固体粒子与离子(甲基)丙烯酸类聚合物的重量比。具体实施方式为了下面详细描述的目的，应理解本专利技术可采用各种替代变化和步骤顺序，除了其中明确有相反的规定之外。另外，除了在任何操作实施例中，或其中另外说明，所有表达，例如说明书和权利要求中使用的成分的量的数字，应被理解为在所有情况下由术语“约”来修饰。因此，除非有相反指示，下述说明书和附加的权利要求中陈述的数字参数是近似值，其可根据本专利技术待获得的期望性能而变化。最起码，并且不试图限制等同原则对于权利要求范围的应用，每个数字参数应至少按照所报告的有效数字的位数并通过应用普通的四舍五入方法来解释。虽然陈述本专利技术宽广范围的数字范围和参数是近似值，但在具体实施例中称述的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值必然固有地包含在它们各自测试方法中发现的标准偏差必然造成的一定误差。同样，应当理解的是，本文中引用的任何数值范围旨在包括全部包括在其中的子范围。例如，“1至10”的范围旨在包括所述的最小值1和所述的最大值10之间(并且包括端值)的全部子范围，也就是说，具有等于或大于1的最小值，和等于或小于10的最大值。在本申请中，单数的使用包括复数，和复数涵盖单数，除非另有具体规定。此外，在本申请中，“或”的使用表示“和/或”，除非另有具体规定，即使某些情况中可明确地使用“和/或”。如本文所用，术语“聚合物”是指共聚物及低聚物。术语“(甲基)丙烯酸类”是指丙烯酸类及甲基丙烯酸类单体及聚合物两者。在某些实施方式中，基材是以片材、卷材或箔的形式体现。如本文所用，术语“箔”是指薄且柔韧的金属片材。这样的箔可由例如铝、铁、铜、锰、镍、其组合和/或其合金构成。在某些实施方式中，箔(诸如包括铝的箔)的厚度不超过8密耳(203.2μm)，诸如不超过4密耳(101.6μm)、不超过2密耳(50.8μm)或在一些情况中不超过1密耳(25.4μm)和/或至少0.1密耳(2.54μm)，诸如至少0.2密耳(5.08μm)、至少0.4密耳(10.2μm)或至少0.5密耳(12.7μm)。本专利技术方法包括将导电基材浸没于可电沉积组合物中，该基材充当电路中的用于锂离子电池的电极，该电路包括浸没于该组合物中的该电极及反电极，当电流在该电极之间通过时，使涂层施涂至该基材的至少一部分上或上方。如本文所用，术语“可电沉积组合物”是指包括可电沉积组分的组合物。如本文所用，术语“可电沉积”意指在施加电位的影响下能够沉积至导电基材上。用于本专利技术方法的该可电沉积组合物包括水性介质。如本文所用，术语“水性介质”是指仅由水组成或主要包括水以及惰性有机助溶剂的介质。在某些实施方式中，该水性介质是以基于该组合物的总重量计至少75重量百分比、至少90重量百分比或至少95重量百分比(诸如75至99.5重量百分比、90至99重量百分比或在一些情况中95至99重量百分比)的量存在于用于本专利技术方法的该组合物中。换言之，如下文进一步描述，用于本专利技术方法中的该组合物可具有相对低的总固体含量。用于本专利技术方法中的该可电沉积组合物包括离子(甲基)丙烯酸类聚合物。如本文所用，术语“离子”是指携带电荷的(甲基)丙烯酸类聚合物，其包括携带带负电的离子的(甲基)丙烯酸类聚合物及携带带正电的离子的(甲基)丙烯酸类聚合物。因此，合适的离子(甲基)丙烯酸类聚合物包括阴离子(甲基)丙烯酸类聚合物及阳离子(甲基)丙烯酸类聚合物。合适的阴离子(甲基)丙烯酸类聚合物含有至少部分经中和的阴离子基团，诸如酸基团(诸如羧酸基团)，其赋予负电荷。因此，合适的阴离子(甲基)丙烯酸类聚合物的非限制性实例包括经碱中和的含羧酸基团的聚合物。该离子(甲基)丙烯酸类聚合物是水分散性的。如本文所用，“水分散性离子(甲基)丙烯酸类聚合物”意指该聚合物能够以细微分散的粒子分布遍及水中。参见R.Lewis、Sr.,Hawley的CondensedChemicalDictionary,(第12版，1993)第435页。(甲基)丙烯酸类聚合物的实例是通过聚合(甲基)丙烯酸类单体混合物而制得的那些。(甲基)丙烯酸类聚合物含有由(甲基)丙烯酸类羧酸的使用引入该聚合物中的羧酸部分。羧酸官能团提供用于后续用碱(诸如有机胺)中和的位置(site)以稳定分散于水性介质中的聚合物。不饱和羧酸将构成占用于制备该(甲基)丙烯酸类聚合物的单体的总重量的20至60(诸如30至50)重量百分比。(甲基)丙烯酸类羧酸的实例是丙烯酸及(甲基)丙烯酸。(甲基)丙烯酸类聚合物通常含有来自使用具有-20℃或更低的玻璃化转变温度的单体的“软”聚合物片段。这样的单体的实例是在烷基中含有4至8个碳原子的丙烯酸烷酯诸如丙烯酸丁酯及丙烯酸2-乙基己酯。这样的单体将构成用于制备(甲基)丙烯酸类聚合物的该单体的总重量的30至70(诸如40至60)重量百分比。(甲基)丙烯酸类单体的玻璃化转变温度(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造用于锂离子电池的电极的方法，其包括：将导电基材浸没于可电沉积组合物中，该基材充当电路中的电极，该电路包括浸没于该组合物中的该电极及反电极，当电流在电极之间通过时涂层经施涂至该基材的至少一部分上或上方，该可电沉积组合物包含：(a)水性介质；(b)离子(甲基)丙烯酸类聚合物；及(c)固体粒子，其包含：(i)含锂的粒子，及(ii)导电粒子；其中该组合物具有至少4:1的固体粒子与离子(甲基)丙烯酸类聚合物的重量比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.20 US 14/831,0471.一种制造用于锂离子电池的电极的方法，其包括：将导电基材浸没于可电沉积组合物中，该基材充当电路中的电极，该电路包括浸没于该组合物中的该电极及反电极，当电流在电极之间通过时涂层经施涂至该基材的至少一部分上或上方，该可电沉积组合物包含：(a)水性介质；(b)离子(甲基)丙烯酸类聚合物；及(c)固体粒子，其包含：(i)含锂的粒子，及(ii)导电粒子；其中该组合物具有至少4:1的固体粒子与离子(甲基)丙烯酸类聚合物的重量比。2.如权利要求1的方法，其中该基材是包括铝、铁、铜、锰、镍、其组合和/或其合金的箔。3.如权利要求1的方法，其中该离子(甲基)丙烯酸类聚合物是阴离子型的。4.如权利要求1的方法，其中该离子(甲基)丙烯酸类聚合物是通过有机溶液聚合技术制得。5.如权利要求1的方法，其中该离子(甲基)丙烯酸类聚合物是通过乳液聚合技术制得。6.如权利要求1的方法，其中(甲基)丙烯酸类聚合物是通过聚合包括(甲基)丙烯酸单体的(甲基)丙烯酸类单体混合物并用碱至少部分中和该(甲基)丙烯酸类聚合物而制得。7.如权利要求6的方法，其中该(甲基)丙烯酸是以基于该(甲基)丙烯酸类单体混合物的总重量计至少30重量百分比的量存在于该混合物中。8.如权利要求6的方法，其中该(甲基)丙烯酸类单体混合物包括具有-20℃或更低的Tg的单体。9.如权利要求8的方法，其中低Tg单体是以基于(甲基)丙烯酸类单体的总重量计至少30重量百分比的量存在于该混合物中。10.如权利要求8的方法，其中低Tg单体包括丙烯酸2-乙基己酯和/或丙烯酸丁酯。11.如权利要求1的方法，其中该含锂的粒子包括LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiMnCo)O2和/或Li(NiCoAl)O2。12.如权利要求1的方法，其中该含锂的粒子是以基于在该组合物中的固体的总重量计至少50重量百分比的量存在。13.如权利要求1的方法，其中该导电粒子包括导电碳粒子。14.如权利要求13的方法，其中该导电碳粒子包括炭黑。15.如权利要求1的方法，其中在该组合物中的含锂的粒子与导电粒子的相对重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·道翰保格，S·D·赫尔灵，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：美国,US