用于电极的水性粘合剂组合物以及生产方法技术

公开了一种水性粘合剂组合物，其包含衍生自至少一种阳离子单体和至少一种非离子单体的阳离子共聚物。此外，本公开通常涉及电极组合物以及使用所述粘合剂组合物制备电极，特别是阳极的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电极的水性粘合剂组合物以及生产方法
本专利技术公开和/或要求保护的专利技术方法、步骤、方法、产物、结果和/或概念(以下统称为“本公开”)通常及用于电池电极的水性粘合剂组合物及其制备方法。更具体地但非限制性地，本公开涉及包含衍生自至少一种阳离子单体和至少一种非离子单体的阳离子共聚物的水性粘合剂组合物。此外，本公开通常涉及电极组合物和用所述水性粘合剂组合物制备电极、特别是阳极的方法。专利技术背景锂离子电池(LIB)用于一系列产品中，包括医疗设备、电动汽车、飞机，最值得注意的是诸如笔记本电脑、手机和相机的消费产品。由于其高的能量密度、高工作电压和低自放电，锂离子电池已经超越二次电池市场，并继续在发展中的工业和产品中找到新的用途。通常而言，锂离子电池包括阳极、阴极和电解质材料，例如含有锂盐的有机溶剂。更具体而言，通过将阳极活性材料或阴极活性材料与粘合剂和溶剂混合以形成糊剂或浆料，然后将其在集电器上，例如铝或铜，进行涂覆并干燥，以在集电器上形成膜而形成阳极和阴极(统称为“电极”)。然后将阳极和阴极分层并盘绕，然后将其容纳在包含电解质材料的压制外壳中，所有这些一起一起形成锂离子电池。当制备电极时，重要的是选择具有足够的粘合性和化学性质的粘合剂，使得甚至在操作以装配到压制电池壳体中时，涂覆在集电器上的膜也会与集电器保持接触。由于该膜包含电极活性材料，因此如果该膜没有与集电器保持足够的接触，则会对电池的电化学性能可能具有重大干扰。因此，粘合剂在锂离子电池的性能中起关键作用。现有的粘合剂，例如丁苯橡胶/羧甲基纤维素对于活性材料具有极低的粘附性。随着锂离子电池的用途从小型电子设备变为诸如电动汽车和能量存储的大型电子设备，需要诸如硅及其相关材料的负极材料，其具有包括高安全性、延长的循环寿命、高能量密度和高功率的更好的性能。现有的粘合剂不能满足该要求。因此，需要开发新的水性粘合剂组合物以满足这些要求。专利技术概念详述在详细解释本公开的至少一个实施方案之前，应理解的是，本公开并不限制其应用为构造细节以及在如下说明书或如下附图中阐述的组件或步骤或方法的排列。本公开能够具有其它实施方案或者能够以多种方法实践或执行。此外，应理解的是，这里采用的措词和术语是用于描述的目的，而不应认为是限制性的。除非本文另外定义，否则与本公开结合使用的技术术语应具有本领域技术人员通常理解的含义。此外，除非上下文另外要求，否则单数术语应包括复数，并且复数术语应包括单数。在本说明书中提及的所有专利、公开的专利申请和非专利出版物显示本公开所属领域的技术人员的技术水平。在本申请的任何部分中所引用的所有专利、公开的专利申请和非专利出版物均整体引用作为参考，其程度与每个单独的专利或出版物被具体地和单独地指示通过引用而并入的程度相同。根据本公开，可以在不进行过度实验的情况下制备和执行本文公开的所有物品和/或方法。尽管已经根据通过实施方案而对本公开的物品和方法进行了描述，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，可以对物品和/或方法以及本文描述的方法的步骤或步骤顺序进行改变，而并不背离本公开的概念、精神和范围。对于本领域技术人员显而易见的所有这些类似的替换和修改都认为在本公开的精神、范围和概念之内。如根据本公开所使用，除非另外指出，否则以下术语应理解为具有如下含义。词语“一”或“一个”与术语“包含”结合使用时，可以表示“一个”，但也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多个”的含义一致。除非明确指出仅当替代方案相互排斥时是指替代方案，术语“或”用来表示“和/或”，尽管本公开支持仅提及替代方案和“和/或”的定义。在整个本申请中，术语“约”用于表示包括量化装置的误差的固有变化的数值，用于测定该值的方法或研究对象之间存在的变化。例如但并不作为限制，当使用术语“大约”时，指定值可以以正负百分之十二、百分之十一、百分之十或百分之九、百分之八或百分之七、或百分之六、或百分之五、或百分之四、或百分之三、或百分之二或百分之一变化。术语“至少一个”的使用将理解为包括一个和大于一个的任何数量，包括但不限于1、2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、100等。术语“至少一个”可以扩展高至100或1000或更多，这具体取决于其所连接的术语。此外，不应将100/1000的数量视为限制性的，这是因为较低或较高的限制也会产生令人满意的结果。另外，术语“X、Y和Z中的至少一个”的使用应理解为包括单独X、单独Y和单独Z、以及X、Y和Z的任何组合。序数术语(即“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等)的使用仅是为了区分两个或更多个项目，除非另有说明，否则并不意味着暗示任何顺序、次序或一个项目相对于另一个的重要性，或任何添加次序。如本文所用，词语“包含”(以及包含的任何形式，例如“包含”和“包含”)，“具有”(以及具有的任何形式，例如“具有”和“具有”)，“包括”(以及包括的任何形式，例如“包括”和“包括”)或“含有”(以及含有的任何形式，例如“含有”和“含有”)是包含性的或开放式的，并不排除其他、未引用的元素或方法步骤。如本文所使用的术语“或其组合物”是指该术语之前的所列项目的所有排列和组合。例如，“A、B、C或其组合物”用于包括以下中的至少一项：A、B、C、AB、AC、BC或ABC，如果次序在特定情况下是重要的话，则还包括BA、CA、CB、CBA、BCA、ACB、BAC或CAB。继续该实例，明确包括的是包含一个或多个项目或术语的重复的组合物，例如BB、AAA、MB、BBC、AAABCCCC、CBBAAA、CABABB等。本领域技术人员应理解的是，除非从上下文明显看出，否则通常对任何组合中的项目或术语的数量并没有限制。如本文所用，术语“共聚物”是指通过至少两种不同单体的聚合反应而形成的聚合物。如本文所用，术语“共聚”包括所有类型的共聚，例如无规、接枝、嵌段等。通常，根据本公开而使用的共聚物可以依据任何合适的催化共聚合方法而制备，包括溶液共聚、淤浆共聚、气相共聚和高压共聚方法。如本文所用，词语“水性”或“水性溶剂”包括水以及包含水和一种或多种与水混溶的溶剂的混合物。本公开包括用于制备锂离子电池电极的水性粘合剂组合物。具体而言，所述粘合剂组合物包含阳离子共聚物，所述阳离子共聚物可衍生自至少一种阳离子单体和至少一种非离子单体，其中所述阳离子单体选自：丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(AETAC)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(MAETAC)、N-[2-(丙烯酰氧基)乙基]-N-苄基二甲基氯化铵、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵和3-(甲基丙烯酰氨基)丙基-月桂基-二甲基氯化铵(MAPLDMAC)；其中所述非离子单体选自：丙烯酰胺(AM)、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯(VA)、乙烯基甲酰胺、丙烯腈(AN)、丙烯酸酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于锂离子电池的电极的水性粘合剂组合物，其包括：/n衍生自至少一种阳离子单体和至少一种非离子单体的阳离子共聚物，其中所述至少一种阳离子单体选自：丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(AETAC)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(MAETAC)、N-[2-(丙烯酰氧基)乙基]-N-苄基二甲基氯化铵、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵和3-(甲基丙烯酰氨基)丙基-月桂基-二甲基氯化铵(MAPLDMAC)；其中所述至少一种非离子单体选自：丙烯酰胺(AM)、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯(VA)、乙烯基甲酰胺、丙烯腈(AN)、丙烯酸酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181016 US 62/746,4401.用于锂离子电池的电极的水性粘合剂组合物，其包括：
衍生自至少一种阳离子单体和至少一种非离子单体的阳离子共聚物，其中所述至少一种阳离子单体选自：丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(APTAC)、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵(MAPTAC)、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(AETAC)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(MAETAC)、N-[2-(丙烯酰氧基)乙基]-N-苄基二甲基氯化铵、丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵和3-(甲基丙烯酰氨基)丙基-月桂基-二甲基氯化铵(MAPLDMAC)；其中所述至少一种非离子单体选自：丙烯酰胺(AM)、二甲基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、乙酸乙烯酯(VA)、乙烯基甲酰胺、丙烯腈(AN)、丙烯酸酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸羧乙酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯。


2.权利要求1的水性粘合剂组合物，其还包括选自以下的阴离子聚合物：羧甲基纤维素；瓜尔胶衍生物；聚丙烯酸；聚(丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸)；衍生自丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酸或丙烯酸酯的共聚物；海藻酸盐；壳聚糖；角叉菜胶以及衍生自丙烯酰胺基甲基丙基磺酸酯(AMPS)、丙烯酸、丙烯酰胺和3-烯丙基氧基-2-羟基丙基磺酸的四元共聚物。


3.权利要求1的水性粘合剂组合物，其中所述阳离子共聚物的重均分子量为约5,000至约1,000,000道尔顿。


4.水性浆料组合物，其包含：
权利要求1的水性粘合剂组合物，
电极活性材料，
导电剂，
分散剂，和
水性溶剂。


5.权利要求4的水性浆料组合物，其中所述电极为阳极。


6.权利要求4的水性浆料组合物，其中所述电极活性材料包含一种或多种选自Si、Sn和Ti的化学元素。


7.权利要求6的水性浆料组合物，其中所述含Si的电极活性材料选自SiOx/石墨、SiC、SiOx、SiOxC、Si-石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·E·戈利亚什韦斯基，S·彭，
申请(专利权)人：赫尔克里士有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US