形成电极用组合物制造技术

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电极的方法中的用途，涉及所述电极并且涉及一种包括所述电极的电化学装置。该形成电极用组合物包含至少一种部分氟化的氟聚合物，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种氟化单体和至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元；至少一种电活性化合物；至少一种包含至少一种有机碳酸酯或至少一种离子液体的液体介质；以及至少一种金属盐。

Composition for the formation of electrodes

The invention relates to a composition for forming electrodes, relating to the use of the composition of the electrode used in the method of producing electrodes, relating to the electrode and an electrochemical device including the electrode. The composition of the formation electrode includes at least one fluorinated fluoropolymer of at least partially fluorinated, the at least one fluorinated fluoropolymer containing at least one fluorinated monomer and at least one functional hydrogenated monomer containing at least one terminal group of carboxylic acid; at least one electroactive compound; at least one containing. A liquid medium of at least one organic carbonate or at least one ionic liquid; and at least one metal salt.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成电极用组合物本申请要求于2015年7月27日提交的欧洲申请号15306222.9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电极的方法中的用途，涉及所述电极并且涉及一种包括所述电极的电化学装置。
技术介绍
本领域中已知氟聚合物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。具体地，WO2008/129041(意大利苏威特种聚合物有限公司(SOLVAYSPECIALTYPOLYMERSITALYS.P.A.))30/10/2008披露了线性半结晶偏二氟乙烯共聚物以及该共聚物作为锂离子电池的电极中粘合剂的用途，该共聚物包含按摩尔计0.05％至10％的衍生自(甲基)丙烯酸类单体的重复单元。成功商业化二次电池特别是锂离子二次电池的前提是，确保电池在所有环境中的安全性。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。为了使电解质适合于在二次电池中使用，它们应该展示对于电极的高的离子电导率、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，EP0793286A(英国原子能委员会环境技术公司(AEATECHNOLOGYPLC))3/09/1997披露了包含电解质的复合电极，该电解质包含用不饱和单体接枝的偏二氟乙烯聚合物，该不饱和单体包含选自羧基、磺酸基、酯基和酰胺基的一个或多个基团。另外，US2006/0032045(GAIAAKKUMULATORENWERKE公司(GAIAAKKUMULATORENWERKEGMBH))16/02/2006披露了用于存储装置的电极，其在具有一种或多种有机溶剂、支持电解质、聚合物粘结剂以及支持电解质添加剂的混合物中包括可嵌入锂的碳。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。因此本领域仍需要适于在不含液体电解质的电化学装置中使用的、仍表现出优异容量值的电极。
技术实现思路
现已出人意料地发现，通过使用本专利技术的氟聚合物组合物，可以制造适于在电化学装置中，特别是在不含液体电解质的电化学装置中使用的电极。本专利技术的电极通过将本专利技术的一个或多个氟聚合物组合物层直接施用到金属集电体上轻松可获得，无需使用任何其他中间底漆层。另外，本专利技术的电极有利地具有高离子导电率，并且成功地表现出对金属集电体的高粘附力，以及在电活性材料内的高内聚力。本专利技术的电极因此特别适合在电化学装置、优选地二次电池中使用，所述电化学装置有利地不含液体电解质，同时仍表现出优异的容量值。另外，已发现本专利技术的电极有利地能制造电化学装置、优选地二次电池，所述电化学装置有利地不含液体电解质，同时避免将电解质介质后喷到由此提供的电化学装置中。在第一实例中，本专利技术涉及电极形成用组合物[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(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种液体介质[介质(L)]，以及-至少一种金属盐[盐(M)]。本专利技术的组合物(C1)典型地还包含至少一种不同于介质(L)的有机溶剂[溶剂(S)]。本专利技术的组合物(C1)有利地还包含至少一种导电化合物[化合物(C)]。该组合物(C1)优选地包含以下项，更优选地由以下项组成：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种液体介质[介质(L)]，-至少一种金属盐[盐(M)]，-至少一种不同于所述介质(L)的有机溶剂[溶剂(S)]，以及-任选地，至少一种导电化合物[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)]在用于制造电极[电极(E)]的方法中的用途。本专利技术的电极(E)特别适合用于电化学装置中。合适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电极[电极(E)]的方法，所述方法包括：(i)提供金属基底；(ii)提供如上定义的形成电极用组合物[组合物(C1)]；(iii)将在步骤(ii)中提供的该组合物(C1)施用到在步骤(i)中提供的该金属基底上，从而提供包括金属基底的组件，该金属基底涂覆有至少一个由所述组合物(C1)组成的层；以及(iv)干燥在步骤(iii)中提供的该组件。在本专利技术的方法的步骤(iii)中，组合物(C1)典型地通过任何合适的程序诸如流延、印刷和辊涂施用到金属基底上。任选地，典型地可通过将在步骤(ii)中提供的组合物(C1)施用到在步骤(iv)中提供的电极上来重复步骤(iii)一次或多次。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。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电极[电极(E)]。本专利技术的电极(E)典型地包括：-金属基底，以及-直接粘附到所述金属基底上的至少一个由组合物[组合物(C2)]组成的层[层(L1)]，该组合物包含：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种液体介质[介质(L)]，以及-至少一种金属盐[盐(M)]。组合物(C2)有利地还包含至少一种导电化合物[化合物(C)]。组合物(C2)有利地不含一种或多种溶剂(S)。该组合物(C2)优选地包含以下项，更优选地由以下项组成：-至少一种部分氟化的氟聚合物[聚合物(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种液体介质[介质(L)]，-至少一种金属盐[盐(M)]，以及-任选地，至少一种导电化合物[化合物(C)]。出于本文档来自技高网...

【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(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种氟化单体和至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，‑至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，‑至少一种液体介质[介质(L)]，该液体介质包含至少一种有机碳酸酯或至少一种离子液体，以及‑至少一种金属盐[盐(M)]。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.27 EP 15306222.91.一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(FF)]，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含衍生自至少一种氟化单体和至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元，-至少一种电活性化合物[化合物(EA)]，-至少一种液体介质[介质(L)]，该液体介质包含至少一种有机碳酸酯或至少一种离子液体，以及-至少一种金属盐[盐(M)]。2.如权利要求1所述的组合物(C1)，其中该聚合物(FF)为包含衍生自以下的重复单元的聚合物(FF-1)：偏二氟乙烯(VDF)、至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体、以及任选地至少一种不同于VDF的氟化单体。3.如权利要求1或2所述的组合物(C1)，其中该包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体选自由式(I)的(甲基)丙烯酸类单体组成的组：其中R1、R2和R3中的每个彼此相同或不同，独立地为氢原子或C1-C3烃基。4.如权利要求1至3中任一项所述的组合物(C1)，其中该聚合物(FF)包含按摩尔计至少0.01％、优选按摩尔计至少0.05％、更优选按摩尔计至少0.1％的衍生自至少一种包含至少一个羧酸末端基团的官能氢化单体的重复单元。5.如权利要求1至4中任一项所述的组合物(C1)，所述组合物(C1)包含基于所述介质(L)和该聚合物(FF)的总重量按重量计至少40％的该介质(L)。6.如权利要求1至5中任一项所述的组合物(C1)，其中该盐(M)在该介质(L)中的浓度为至少0.01M、优选至少0.025M、更优选至少0.05M。7.如权利要求1至5中任一项所述的组合物(C1)，其中该盐(M)在该介质(L)中的浓度为至多3M、优选至多2M、更优选至多1M。8.如权利要求1至7中任一项所述的组合物(C1)，其中该盐(M)选自下组，该组由以下各项组成：(a)MeI、Me(PF6)n、Me(BF4)n、Me(ClO4)n、Me(二(草酸)硼酸盐)n(“Me(BOB)n”)、MeCF3SO3、Me[N(CF3SO2)2]n、Me[N(C2F5SO2)2]n、Me[N(CF3SO2)(RFSO2)]n，其中RF为C2F5、C4F9或CF3OCF2CF2、Me(AsF6)n、Me[C(CF3SO2)3]n、Me2Sn，其中Me为金属，优选为过渡金属、碱金属或碱土金属，更优选地Me为Li、Na、K或Cs，甚至更优选地Me为Li，并且n为所述金属的化合价，典型地n为1或2，(b)其中R’F选自下组，该组由以下各项组成：F、CF3、CHF2、CH2F、C2HF4、C2H2F3、C2H3F2、C2F5、C3F7、C3H2F5、C3H4F3、C4F9、C4H2F7、C4H4F5、C5F11、C3F5OCF3、C2F4OCF3、C2H2F2OCF3和CF2OCF3，以及(c)它们的组合。9.一种用于制造电极[电极(E)]的方法，所述方法包括：(i)提供金属基...

【专利技术属性】
技术研发人员：O普拉斯，H鲁奥，A奥马尔德拉克，J勒比多，D奥马尔德，B莱斯特雷斯，C哈蒙，MD布拉伊达，JA阿布斯勒梅，
申请(专利权)人：索尔维公司，法国国家科学研究中心，原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE