不含溶剂的电极的制造制造技术

本发明专利技术涉及通过以下方式形成的一种电极：将干活性粉末状形成电极用材料与水性粘合剂分散体共混，并且将该湿的粘合剂/干活性粉末状形成电极用材料共混物随后粘附到导电基片上，从而产生电极。该水性粘合剂优选是氟聚合物，并且更优选聚偏二氟乙烯(PVDF)。该混杂方法提供湿法的良好分散和小粒径，以及干法的能量节约和减少的环境影响。所产生的电极在能量储存装置中是有用的。储存装置中是有用的。储存装置中是有用的。

【技术实现步骤摘要】
不含溶剂的电极的制造
[0001]分案申请说明
[0002]本申请系申请日为2015年6月3日、国际申请号为PCT/US2015/033881、进入中国国家阶段后的国家申请号为201580029238.X、题为“不含溶剂的电极的制造”的专利技术专利申请的分案申请。
专利

[0003]本专利技术涉及通过以下方式形成的一种电极：将干活性粉末状形成电极用材料与水性粘合剂分散体共混，并且将该湿的粘合剂/干活性粉末状形成电极用材料共混物随后粘附到导电基片上，从而产生电极。该水性粘合剂优选是氟聚合物，并且更优选聚偏二氟乙烯(PVDF)。该混杂方法提供湿法的良好分散和小粒径，以及干法的能量节约和减少的环境影响。所产生的电极在能量储存装置中是有用的。
[0004]专利技术背景
[0005]电极在能量储存装置中使用，这些能量储存装置包括但不限于，电池、电容器、超级电容器、非水性类型的二次电池等等。
[0006]目前，存在用于生产电极的两种主要手段：“湿”法和“干”法。在湿法中，将呈溶剂溶液或分散体形式的聚合物粘合剂与一种或多种活性粉末状形成电极用材料共混以形成浆料分散体或糊剂。然后将该分散体或糊剂施用到导电基片的一个或两个表面上，并且干燥以形成有粘性的复合电极层。然后可以将该电极层压延。这种方法在US 5,776,637和US 6,200,703中示出，其中将氟聚合物粘合剂溶解于NMP中。溶剂溶液的改进是如在US 2010/0304270和US 2012/0015246中描述的使用水性氟聚合物分散体作为粘合剂。有利地，在该水性分散体方法中，该聚合物粘合剂保持为小的离散的颗粒
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并且那些颗粒仅在离散点处粘合活性电极材料
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产生了活性电极颗粒的相互连结性，而非作为由聚合物溶液在活性颗粒上形成的涂层。因为大多数活性电极材料没有被粘合剂覆盖，存在较少的绝缘作用、较少的热累积、和较好的导电性。此外，水性粘合剂提供超过有机溶剂的环境效益，并且可以使用更少的粘合剂因为干活性粉末状形成电极用材料本质上是点焊的，而不是完全涂覆的。
[0007]用于形成电极的第二种方法是通过干法。在干法中，将干聚合物粉末与干活性粉末状形成电极用材料干共混
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经常在其中混合物被原纤化的高剪切下
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并且将该干共混物形成为粘附到导电基片上的薄膜，或者将该干共混物直接施用到并且通过诸如压延的手段压制到该导电基片上。在US 7.791,860、US 7,791,861、US 8,072,734、US 8,591,601、和US 2011/0165318中描述了干电极方法。
[0008]湿法的问题是必须蒸发大量的溶剂
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这具有消极的环境影响，并且还需要许多能量来去除。
[0009]干法的问题是粘合剂聚合物的干颗粒倾向于在干燥过程期间或在储存期间附聚，特别是如果这些粘合剂颗粒是软的。附聚的聚合物粘合剂颗粒难以遍及共混物均匀分布。当希望低量的粘合剂来最大化性能并且还最小化成本时，这尤其是个问题。
[0010]存在希望获得如在水性分散体涂覆方法中发现的聚合物粘合剂的小的粒径和良
好的分布，但具有如在干法中发现的干燥的减少的能量消耗以及很少或没有环境上不希望的溶剂废物的优势。
[0011]出人意料地，现在已经发现，混杂方法可以提供超过湿法和干法二者的优势，产生所形成的电极的协同的积极特性。在混杂方法中，将粘合剂的水性分散体加入到干活性形成电极用材料中，发生小的、离散的氟聚合物粘合剂颗粒的良好的分布，并且与该分散体一起加入的水易于用在电极形成方法期间施用的热去除。有利地，该分散体是更均匀的，并且所分散的聚合物颗粒不附聚，提供这两种方法中最好的。
[0012]其他优势包括：更低的制造成本、能量节约、以及粘合剂的更好的分散，这些可以进而减少粘合剂的使用。
[0013]专利技术概述
[0014]本专利技术涉及一种用于形成能量储存装置的方法，该方法包括以下步骤
[0015]a)形成水性粘合剂分散体；
[0016]b)将所述粘合剂分散体加入到干活性粉末状形成电极用材料中以便形成均匀的共混物，并且
[0017]c)将所述均匀的共混物施用到导电基片的至少一个表面上以形成电极。
[0018]本专利技术进一步涉及通过该方法形成的电极，该电极具有均匀的粘合剂颗粒分布，并且具有干活性粉末状形成电极用材料的相互连结性。
[0019]附图简要说明
[0020]图1是实例1的SEM。
[0021]图2是实例2的SEM。
[0022]图3a和3b是对比实例1的SEM
[0023]图4是实例6的SEM。
[0024]图5是对比实例2的SEM。
[0025]图6是对比实例3的SEM。
[0026]专利技术的详细说明
[0027]将在本申请中列出的全部参考文献通过引用结合在此。除非另外指明，在组合物中的全部百分比是重量百分比；并且除非另外说明，全部分子量作为重均分子量给出。
[0028]聚合物分散体粘合剂
[0029]在本专利技术中作为粘合剂有用的聚合物分散体可以是一种或多种聚合物的离散的颗粒、优选热塑性聚合物颗粒的水性分散体。有用的聚合物包括，但不限于氟聚合物、SBR、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸聚合物、聚氨酯、苯乙烯聚合物、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯和热塑性聚氨酯(TPU)。
[0030]优选地，该粘合剂是氟聚合物。有用的氟聚合物是具有按重量计大于50重量百分比的含氟单体单元、优选超过65重量百分比、更优选大于75重量百分比并且最优选大于90重量百分比的一种或多种含氟单体的热塑性均聚物和共聚物。用于形成氟聚合物的有用的含氟单体包括但不限于：偏二氟乙烯(VDF或VF2)，四氟乙烯(TFE)，三氟乙烯(TrFE)，氯三氟乙烯(CTFE)，六氟丙烯(HEP)，氟乙烯(VF)，六氟异丁烯(HFIB)，全氟丁基乙烯(PFBE)，五氟丙烯，3,3,3
‑
三氟
‑1‑
丙烯，2
‑
三氟甲基
‑
3,3,3
‑
三氟丙烯，氟化的乙烯基醚，包括全氟甲基醚(PMVE)、全氟乙基乙烯基醚(PEVE)、全氟丙基乙烯基醚(PPVE)、全氟丁基乙烯基醚
(PBVE)、更长链的全氟化的乙烯基醚，氟化的间二氧杂环戊烯，C4和更高级的部分或全氟化的α
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烯烃，C3和更高级的部分或全氟化的环烯烃，以及其组合。
[0031]尤其优选的氟聚合物是聚偏二氟乙烯(PVDF)均聚物和共聚物，以及聚四氟乙烯(PTFE)均聚物和共聚物。虽然本专利技术适用于所有的热塑性聚合物，但是特别是所有的氟聚合物和共聚物，偏二氟乙烯聚合物将用来说明本专利技术，并且是优选的聚合物。
[0032]在一个实施例中，由于偏二氟乙烯共聚物的更低的结晶度(或没有结晶度)其是优选的，使其比半晶质的PVDF均聚物更柔性。粘合剂的柔性提供了可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成能量储存装置的方法，该方法包括以下步骤：a)形成水性粘合剂分散体组合物，该组合物具有一种或多种聚合物的离散颗粒，该组合物具有按重量计10至60百分比的固体水平；b)通过将所述水性粘合剂分散体喷涂到一种或多种类型的干活性粉末状形成电极用材料中来将所述水性粘合剂分散体加入到所述干活性粉末状形成电极用材料中以便形成均匀的潮湿共混物，c)干燥所述粘合剂和干活性粉末状形成电极用材料的均匀的潮湿共混物，并且d)将所述均匀的共混物施用到导电基片的至少一个表面上以形成电极。2.如权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂选自下组，该组由以下各项组成：氟聚合物、SBR、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸聚合物、聚氨酯、苯乙烯聚合物、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯和热塑性聚氨酯(TPU)。3.如权利要求2所述的方法，其中所述粘合剂包含氟聚合物。4.如权利要求3所述的方法，其中所述氟聚合物包含至少50重量百分比的聚偏二氟乙烯均聚物或共聚物。5.如权利要求3所述的方法，其中所述氟聚合物是包含从5至30重量百分比的六氟丙烯以及70至95重量百分比的偏二氟乙烯单体单元的共聚物。6.如权利要求3所述的方法，其中该氟聚合物具有根据ASTM方法D
‑
3835在450
°
F和100秒
‑1下测量的大于5千泊的熔体粘度。7.如权利要求3所述的方法，其中该氟聚合物具有根据ASTM方法D

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：