用于锂离子蓄电装置的电极浆料组合物制造方法及图纸

本发明专利技术涉及锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及(c)导电剂。本发明专利技术还提供电极，其包含：(a)集电器；及(b)于该集电器上形成的固化膜。该固化膜是由上文所阐述的该浆料组合物沉积。还提供了由该电极制备的蓄电装置。

Electrode slurry composition for lithium ion storage device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子蓄电装置的电极浆料组合物
本专利技术涉及含有粘合剂的电极浆料组合物，该粘合剂进而包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物。该浆料组合物可用于制造用于诸如电池组等蓄电装置中的电极。本专利技术还涉及包含由该浆料组合物制备的固化膜的电极且涉及蓄电装置。
技术介绍
电化学电池的电极通常通过将电化学活性电极材料(例如锂化合物)附接至集电器来制造。常规的集电器可是由导电材料(例如铜或铝)制得的刚性支撑或挠性箔。可将电化学活性电极材料制备为浆料或糊料且随后涂覆至集电器上。或者，将浆料制造为自支撑层，稍后将其附接至集电器。将电化学活性电极材料附接至集电器的方法可包括层压、用粘合剂粘合或涂覆。浆料或糊料通常包含电化学活性材料及粘合剂材料的混合物。浆料中通常还包括其他组分，例如导电添加剂(即炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、VGCF(气相生长碳纤维)等)。聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物当用作用于正电极及负电极的浆料中的粘合剂材料时已展示优异的化学及机械性质。具体地，PVDF提供良好电化学稳定性及对电极材料及对集电器的高粘合，使得其成为用于电极浆料的优选粘合剂材料。通常，将聚偏二(某)乙烯溶解于有机溶剂中且然后将电极材料(例如电化学活性锂化合物及碳质材料)与PVDF溶液组合以形成浆料，将该浆料施加至金属箔或网以形成电极。有机溶剂的作用是将PVDF溶解以提供在将有机溶剂蒸发后电极材料颗粒与金属箔或网之间的良好粘合性。不幸的是，PVDF仅可溶于少量溶剂中。当前，所选有机溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。溶解于NMP中的PVDF粘合剂提供优异粘合及电极浆料组合物中所有活性成分的相互连结性。所结合的成分能够耐受充电及放电循环期间的大体积膨胀及收缩，而不会损失电极内的相互连结性。电极中活性成分的相互连接性在电池组性能中极其重要，尤其在充电及放电循环期间，这是因为电子必须穿过电极，且锂离子迁移率需要电极内颗粒之间的相互连结性。然而，NMP是有毒材料且呈现健康及环境问题。NMP列在加利福尼亚州第65号提案(CaliforniaProposition65)(1986)中所引用的美国已知的致癌或生殖毒性的化学品(ChemicalsKnowntotheStatetoCauseCancerorReproductiveToxicity)名单上。面对日益严格的监管，一些制造商正在考虑用于某些应用的替代溶剂，尤其在工人暴露难以控制的情形下。因此，将期望开发使用除PVDF以外的粘合剂，从而消除对NMP的需求且提供可接受的性能、粘合性及耐化学性性质的电极浆料。因此，本专利技术的目标在于提供可用于制造用于诸如电池组等蓄电装置中的电极的电极浆料组合物，其克服或缓和目前可用的常规的电极浆料组合物的至少一些上文所提及的缺陷。因此，本专利技术尤其涉及提供不具有不利健康效应的环境友好的电极浆料组合物，其与使用聚偏二氟乙烯聚合物作为粘合剂的常规的电极浆料组合物相比展现相当或甚至更好的电化学性能、粘合性及耐化学性性质。专利技术概述本专利技术提供锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及(c)导电剂。本专利技术还提供电极，其包含：(a)集电器；及(b)集电器上形成的固化膜，其中该固化膜是由上文所阐述且下文更详细阐述的浆料组合物沉积。此外，本专利技术涉及蓄电装置，例如电池组，其包含：(a)如上文所阐述且下文更详细阐述的电极，(b)对电极，及(c)电解质。具体实施方式本公开内容提供可用于制造用于电化学电池的电极中的浆料组合物。具体地，本专利技术涉及包含以下的浆料组合物：(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及(c)导电剂。电极浆料可用于制备用于锂离子蓄电装置(例如电池组)的电极。电极浆料中的电化学活性材料(a)可根据所关注蓄电装置的类型来选择。例如，对于正电极的制备而言，电活性材料(a)通常包含能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性锂化合物。实例包括含锂氧化物及磷酸盐，例如LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiMnCo)O2、Li(NiCoAl)O2、碳涂覆的LiFePO4或任意前述的混合物或组合。对于负电极的制备而言，电活性材料(a)可包含石墨、硅(包括硅化合物，例如硅氧化物)、锡(包括锡化合物及合金)或任意前述的混合物或组合。电化学活性材料(a)可以基于浆料中固体的总重量至少45重量％，例如至少50重量％或至少70重量％的量存在于浆料中。电化学活性材料(a)可例如以基于浆料中固体的总重量至多98重量％，例如至多95重量％或至多80重量％的量存在于浆料中。粘合剂(b)可分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物。如本文所使用，“水性介质”是指包含基于液体介质的总重量至少50重量％水的液体介质。这样的水性液体介质可例如包含基于液体介质的总重量至少60重量％水、或至少70重量％水、或至少80重量％水、或至少90重量％水、或至少95％水。水性介质可任选地进一步包含一种或多种有机溶剂。用于水性介质中或作为有机介质的适宜有机溶剂的非限制性实例包括极性有机溶剂，例如质子有机溶剂，例如二醇、二醇醚醇、醇及挥发性酮、二醇二醚、酯及二酯。有机溶剂的其他非限制性实例包括芳香族及脂肪族烃。粘合剂(b)及浆料通常基本上不含N-甲基-2-吡咯烷酮。“基本上不含”意指若化合物存在于组合物中，则其是以少于0.1重量％、通常少于0.05重量％或少于0.01重量％、通常少于痕量的量偶然存在。因此，化合物通常不以足以影响组合物的任何性质的量存在。粘合剂(b)可原则上包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的任何反应产物。反应产物可包含一种或多种具有环氧基、羟基及/或酸官能基的聚合物。注意，短语“及/或”在用于列表中时意味着涵盖包括列表中的每一各个组分以及各组分的任何组合的替代实施方案。例如，列表“A、B及/或C”意味着涵盖七个单独的实施方案，其包括A、或B、或C、或A+B、或A+C、或B+C、或A+B+C。如本文所使用的术语“丙烯酸系聚合物”涉及衍生自一种或多种丙烯酸单体(即丙烯酸、甲基丙烯酸(一起也称为(甲基)丙烯酸)及/或(甲基)丙烯酸的烷基酯)任选地与一种或多种其他可聚合的烯属不饱和单体的加成聚合物。丙烯酸或甲基丙烯酸的可用烷基酯包括烷基中含有1至30个且通常4至18个碳原子的脂肪族烷基酯。非限制性实例包括甲基丙烯酸甲基酯、甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：/n(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；/n(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及/n(c)导电剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170630 US 15/638,4481.一种锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：
(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；
(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及
(c)导电剂。


2.根据权利要求1的电极浆料组合物，其进一步包含增稠剂。


3.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中该粘合剂(b)分散于水性介质中。


4.根据权利要求3的电极浆料组合物，其进一步包含有机溶剂。


5.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中该粘合剂(b)分散于有机介质中。


6.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中聚合物混合物包含至少70重量％的一种或多种环氧官能性聚合物及至多30重量％的一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物，其中重量百分比基于该反应产物的总重量。


7.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中该粘合剂(b)进一步包含交联剂。


8.根据权利要求7的电极浆料组合物，其中该交联剂包含氨基塑料、聚碳二亚胺、多环氧化物或任意前述的混合物或组合。


9.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中该电化学活性材料(a)包含LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiMnCo)O2、Li(NiCoAl)O2、碳涂覆的LiFePO4、石墨、硅化合物、锡、锡化合物或任意前述的混合物或组合。


10.根据权利要求1的电极浆料组合物，其中该导电剂(c)包含石墨、乙炔黑、炉黑、石墨烯或任意前述的混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·道翰保格，S·斯瓦鲁普，S·D·赫尔灵，A·M·沙瑟尔，
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