本发明专利技术提供浆料组合物，其包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和(b)至少一种BET表面积大于100m
Electrode paste composition for lithium ion storage device
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子储电器件的电极浆料组合物专利
本专利技术涉及包括具有表面积大于100m2/g的导电碳材料的含氟聚合物组合物。专利技术背景电子行业中有一种趋势是生产由更小型和更轻型电池驱动的较小型器件。具有负电极--例如碳质材料和正电极--例如锂金属氧化物的电池可以提供相对高的功率和低的重量。聚偏二氟乙烯，由于其优异的耐电化学性，而被发现是用于形成用于储电器件中的电极的有用的粘结剂。典型地，聚偏二氟乙烯溶于有机溶剂中，并且电极材料(即电活性的锂化合物和碳质材料)与PVDF溶液合并以形成浆料，该浆料施加到金属箔或网以形成电极。有机溶剂的作用是溶解PVDF从而在蒸发有机溶剂时提供在电极材料颗粒与金属箔或网之间良好的粘附性。目前，选择的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。溶于NMP的PVDF粘结剂提供了电极组合物中所有活性成分的优异的粘附性和贯通性(interconnectivity)。粘结的成分能够容忍在充放电循环期间的大体积的膨胀和收缩，而不会损失电极内的贯通性。电极中活性成分的贯通性在电池性能中是极其重要的，特别是在充放电循环期间，因为电子必须移动跨越电极，并且锂离子移动性需要电极内颗粒之间的贯通性。不幸的是，NMP是一种有毒材料并存在健康和环境问题。期望替换作为用于PVDF粘结剂的溶剂的NMP。然而，NMP在溶解PVDF方面有其比较独特的能力，而PVDF在其他有机溶剂中几乎不溶。为了在电极形成工艺中在除了NMP之外的有机溶剂中有效地利用PVDF组合物，PVDF必须分散于稀释剂中。然而，分散必须与目前的制造实践兼容并提供中间体和最终产物的期望的性质。一些常用标准包括：a)含氟聚合物分散体的稳定性，具有足够的存储寿命，b)在将导电粉末与分散体掺混后的浆料稳定性，c)有助于良好的施用性质的浆料的适当的粘度，和d)足够的电极内的贯通性。此外，在电极组装到储电器件中之后，该器件应基本上不含水分并且基本上不含可能吸收水分的亲水性基团。现已发现用于制备形成电极的组合物的稳定的PVDF分散体，其能制造用于电池和其它储电器件的具有互联性的高质量电极。专利技术概述本专利技术提供浆料组合物，其包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。本专利技术还提供电极，其包含(a)集流体；和(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由浆料组合物沉积而得，该浆料组合物包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；(b)电化学活性材料；和(c)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。本专利技术进一步提供储电器件，其包含(a)电极，其包含(a)集流体；和(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由浆料组合物沉积而得，该浆料组合物包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；(b)电化学活性材料；和(c)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料；(b)反电极；和(c)电解质。附图说明图1为显示Log粘度对温度的一阶导数的图，其中峰值最大值用于由横坐标确定分散在1,2,3-三乙酰氧基丙烷(三醋精)中的PVDF的溶解温度。图2显示了对于溶于NMP中的PVDF，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，粘度与碳类型有相对的独立性，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致55％固体的极限。图3显示了对于分散于磷酸三乙酯溶剂中的PVDF粘结剂，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，在高表面积碳下具有较低粘度，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致68％固体的极限。图4显示了对于分散于三醋精溶剂中的PVDF粘结剂，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，在高表面积碳下具有较低粘度，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致70％固体的极限。专利技术详述本专利技术涉及浆料组合物，其包含含有分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和至少一种BET表面积为100.1m2/g至1000m2/g的导电碳材料。该浆料组合物可任选地进一步包含分散剂和/或电化学活性材料。根据本专利技术，粘结剂包含分散于液体介质中的聚合物，该聚合物包括含氟聚合物。该含氟聚合物可用作用于浆料组合物的粘结剂的全部或一种组分。含氟聚合物可包括含有偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物。含有偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物的非限制性实例为聚偏二氟乙烯聚合物(PVDF)。如本文中使用的，“聚偏二氟乙烯聚合物”包括均聚物，共聚物，例如二元共聚物，和三元共聚物，包括高分子量均聚物，共聚物，和三元共聚物。这样的(共)聚合物包括含有至少50摩尔％，例如至少75摩尔％，和至少80摩尔％，和至少85摩尔％的偏二氟乙烯的残基(也称为偏二氟化乙烯)的那些。偏二氟乙烯单体可与选自以下的至少一种共聚单体共聚：四氟乙烯，三氟乙烯，氯三氟乙烯，六氟丙烯，氟乙烯，五氟丙烯，四氟丙烯，全氟甲基乙烯基醚，全氟丙基乙烯基醚和任何其它将方便地与偏二氟乙烯共聚的单体，从而制造本专利技术的含氟聚合物。该含氟聚合物还可包括PVDF均聚物。该含氟聚合物可包括重均分子量为至少50,000g/mol、例如至少100,000g/mol，并且可在50,000g/mol至1,500,000g/mol、例如100,000g/mol至1,000,000g/mol范围内的高分子量PVDF。PVDF可例如以商标KYNAR商购自Arkema，和商购自InnerMongolia3FWanhaoFluorochemicalCo.，Ltd。该含氟聚合物可包含纳米颗粒。如本文中使用的，术语“纳米颗粒”是指粒度低于1,000nm的颗粒。该含氟聚合物可具有的粒度为至少50nm，例如至少100nm，例如至少250nm，例如至少300nm，并且可不超过900nm，例如不超过600nm，例如不超过450nm，例如不超过400nm，例如不超过300nm，例如不超过200nm。该含氟聚合物纳米颗粒可具有的粒度为50nm至900nm，例如100nm至600nm，例如250nm至450nm，例如300nm至400nm，例如100nm至400nm，例如100nm至300nm，例如100nm至200nm。如本文中使用的，术语“粒度”是指该含氟聚合物颗粒的平均直径。本公开中引用的粒度通过以下程序确定：通过将含氟聚合物分散在一段连接到扫描电子显微镜(SEM)铝短管的碳带条上来制备样品。用压缩空气将过量颗粒从碳带条吹掉。然后将样品用Au/Pd溅射涂覆20秒，然后在高真空下在Quanta250FEGSEM(场发射枪式扫描电子显微镜)中分析。将加速电压设定为20.00kV并将光斑尺寸设定为3.0。从制备的样品上的三个不同区域收集图像，并使用ImageJ软件测量来自每个区域的10个含氟聚合物颗粒的直径，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.浆料组合物，其包含：/n(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和/n(b)至少一种BET表面积大于100m
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170707 US 62/529,5241.浆料组合物，其包含：
(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和
(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。
2.权利要求1所述的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为100.1m2/g至1,000m2/g。
3.权利要求1所述的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为200m2/g。
4.权利要求1所述的浆料组合物，进一步包含电化学活性材料。
5.权利要求4所述的浆料组合物，其中
(a)粘结剂的存在量为2至20重量％；
(b)导电碳材料的存在量为2至20重量％；和
(c)电化学活性材料的存在量为45至96重量％；该重量％基于总固体重量计。
6.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包含能够纳入锂的材料。
7.权利要求6所述的浆料组合物，其中能够纳入锂的材料包括LiCoO2，LiNiO2，LiFePO4，LiCoPO4，LiMnO2，LiMn2O4，Li(NiMnCo)O2，Li(NiCoAl)O2，碳包覆的LiFePO4，或它们的组合。
8.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包括能够锂转化的材料。
9.权利要求8所述的浆料组合物，其中能够锂转化的材料包括硫，LiO2，FeF2和FeF3，Si，铝，锡，SnCo，Fe3O4，或它们的组合。
10.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包括石墨，硅化合物，锡，锡化合物，硫，硫化合物，或它们的组合。
11.权利要求4所述的浆料组合物，其中该浆料的总固体含量为55重量％或更高以及粘度为不超过4,000cP，通过型号MCR301的Anton-Paar流变仪使用50毫米的锥和25℃的温度受控板测量。
12.权利要求1所述的浆料组合物，其中含氟聚合物包括含偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物。
13.权利要求1所述的浆料组合物，其中含氟聚合物包含聚偏二氟乙烯聚合物。
14.权利要求1所述的浆料组合物，进一步包含分散剂。
15.权利要求14所述的浆料组合物，其中分散剂包括加成聚合物。
16.权利要求14所述的浆料组合物，其中该加成聚合物包含活性氢基团。
17.权利要求16所述的浆料组合物，其中该活性氢基团包含至少一个羧酸基团。
18.权利要求16所述的浆料组合物，其中该活性氢基团包含至少一个羟基基团。
19.权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·赫尔灵，M·斯图尔特，R·E·道翰保格，
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
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