两相或多相的用于锂二次电池的控制电池性能、粘合强度及涂敷性能的粘合剂制造技术

本发明专利技术公开了一种包含具有根据电池性能、粘合强度和／或涂敷性能的不同的两相或多相形成的结构的复合聚合物颗粒的粘合剂。该粘合剂提供了极佳的电池性能、粘合强度和涂敷性能，因此粘合剂被用于锂二次电池的电极以改善电池性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】两相或多相的用于锂二次电池的控制电池、粘合强度及涂敷性能的粘合剂
本专利技术涉及一种用于锂二次电池的粘合剂及其制备方法，包括粘合剂的粘合剂组合物、使用粘合剂组合物的浆液(slurry)、由浆液形成的电极和用该电极制备的锂二次电池。
技术介绍
近来，对于便携式计算机、便携式电话、可携式摄像机等在减小尺寸和降低重量上的开发正不断地取得进展。由此，作为上述电子设备能源的二次电池就需要提高容量、减小尺寸、降低重量和薄膜技术。尤其是，锂二次电池具有高电压、长寿命、高能量密度等优点，因而经过积极研究，锂二次电池已经得以生产和销售。锂二次电池的性能取决于其中使用的电极、电解液和其它电池材料。其中，电极的物理性能取决于在活性材料和集电极之间以及在活性材料之间提供结合力的粘合剂。尤其是，活性材料越多，电池产品的容量越大，因为引向电极的活性材料的量关系到最终可以被结合的锂离子的最大值。因而，如果粘合剂具有极佳的粘合强度就可以减少引入电极的粘合剂的量，则可以生产出具有增加活性材料量的电极。因此，迫切需要具有极佳粘合强度的粘合剂。当前使用的最典型的粘合剂是PVDF(聚偏二氟乙烯)聚合物，其通过与例如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)的有机溶剂混和用在形成粘合剂组-->合物中。然而，PVDF基粘合剂存在缺点，即为了保持足够的粘合强度需引入较大的量，并且由于使用了有机溶剂NMP会引起环境问题。因此，日本专利公报No.Hei 5-21068，Hei 5-74461等公开了试图使用水作为分散介质以制备高效粘合剂组合物，并且韩国专利公报No.2000-0075953提出一种由化学结构不同的两相构成结构的粘合剂。然而，这些现有技术中的粘合剂不能在活性材料和集电极之间提供足够的粘合强度，因而由于充电/放电的重复循环而存在容量快速降低的问题。
技术实现思路
通过比较根据现有技术中的前述粘合剂制备技术，我们发现当粘合剂具有根据电池性能、粘合强度和涂敷性能不同物理性质的两相或多相形成的结构时，粘合剂可以提供更大的粘合强度、极佳的电池性能和涂敷在集电极上的浆液的更好的涂敷性能，其中粘合剂可以通过以分成两个或多个步骤聚合粘合剂的具体结构而制备，从而能够控制电池性能、粘合强度和涂敷性能。根据本专利技术的一个技术方案，其提供了包含根据电池性能、粘合强度和/或涂敷性能不同物理性质的两相或多相形成结构的聚合物颗粒的用预电池的粘合剂。根据本专利技术的另一技术方案，其提供了制备包含具有如上所述不同物理性能的两相或多相的粘合剂的方法，包含悬浮在水或有机溶剂中的粘合剂的粘合剂组合物，包含与活性材料和电极材料混和的粘合剂组合物的浆液，由浆液形成的锂二次电池的电极，和通过使用该电极获得的锂二次电池。-->本专利技术的前述和其它特征及优点将由下面的详细描述变得更明确。1、电池粘合剂(复合聚合物颗粒)根据本专利技术的粘合剂包含由具有电池性能、粘合强度和/或涂敷性能的不同物理性能的两相或多相结构的复合聚合物颗粒，其中复合聚合物颗粒包括：(a)基于能够控制电池性能的单体的聚合物；和(b)包含能够控制粘合强度的单体的聚合物，和(c)包含能够同时控制粘合强度和涂敷性能的单体的聚合物。根据本专利技术的形成电池粘合剂的复合聚合物颗粒为单一颗粒，其中两种或多种聚合结构由两种或多种不同的相而被区分，且不在单一的均相中出现，并优选地通过化学键内连。优选地，具有两相的复合聚合物颗粒形成核-壳结构，且具有三相或多相的复合聚合物颗粒形成如洋葱状的三维结构。另外，形成粘合剂聚合物的单体在聚合物状态下不能溶解于水或有机溶剂中。根据本专利技术，形成粘合剂聚合物的单体被分为能够控制电池性能的单体、能够控制粘合强度和能够控制粘合强度/涂敷性能的单体。为了提供包含具有两种或多种不同相结构的复合聚合物颗粒的电池粘合剂，从上述分类的单体分别地聚合能够控制电池性能的聚合物、能够控制粘合强度的聚合物和能够控制粘合强度/涂敷性能的聚合物。形成能够控制电池性能的聚合物(a)的第一组单体包括：(1)苯乙烯基单体，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯和p-t-丁基苯乙烯；(2)乙烯和丙烯；(3)共轭二烯基单体，例如1，3-丁二烯、2，3--->二甲基-1，3-丁二烯、1，3-戊二烯、p-二萘嵌苯和异戊二烯；(4)含腈单体，例如丙烯腈和甲基丙烯腈；(5)丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸羟丙酯和丙烯酸十二烷酯；(6)甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸芳基酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸十二烷酯等。此外，上述聚合物(a)通过均聚合或共聚合上述第一组单体制备。在共聚合中，优选使用2～10种单体。在这里描述的电池性能包括，例如初始容量、初始效率和由于充电/放电重复循环造成的容量变化等，以及对这些性能的一般评价。特别是，丙烯腈单体可以通过三键改善电性能。构成能够控制电池性能聚合物(a)的第一组各单体具有特殊的表面能，并且由该单体构成的聚合物根据单体的混和比例而具有不同的表面能值。表面能的不同可以通过聚合物与电解液接触角的不同表示，因为其造成了与电解液亲合性的不同。优选地，提供极佳电池性能的聚合物与电解液的接触角为60度或小于60度。此外，尽管没有特别限制，各种单体的混和比例基于100重量份的聚合物(a)，单体(1)～(6)分别地优选为0.01～70重量份，并且该组合物优选地具有-10～30℃的玻璃化转变温度和50％或大于50％的凝胶含量。-->构成能够控制粘合强度的聚合物(b)的第二组单体包括功能性单体：(1)丙烯酰胺基单体，例如，丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺和丁氧基甲基丙烯酰胺；(2)甲基丙烯酰胺基单体，例如，甲基丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺和n-丁氧基甲基甲基丙烯酰胺；(3)不饱和的单羧酸基单体，例如，羧酸和甲基羧酸；和(4)不饱和的二羧酸基单体，例如，衣康酸、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、柠康酸、甲基毒芹酸(metaconicacid)、戊烯二酸、四氢邻苯二甲酸、巴豆酸、异巴豆酸和4-降冰片烯-1，2-二羧酸(nadic acid)。通过均聚合或共聚合选自上述第二组单体的一种或多种单体、或者通过共聚合选自上述第二组单体的一种或多种单体与选自上述第一组单体的一种或多种单体制备聚合物(b)。通过共聚合获得的聚合物(b)优选地包括2～15种单体。构成能够控制粘合强度的聚合物(b)的第二组单体可以改善粘合强度，因为在各个单体中包含的功能团对用作集电极的金属具有极佳的结合力。因此，尽管没有特别地限制，基于100重量份的聚合物(b)，第二组单体(1)～(4)各种单体的混和比例分别优选为0.01～20重量份以控制粘合强度。能够同时控制粘合强度和涂敷性能的聚合物(c)可以通过共聚合在上述第二组单体中的(1)丙烯酰胺基单体，尤其是丙烯酰胺、(3)不饱和单羧酸基单体，尤其是丙烯酸；或(4)不饱和的二羧酸基单体，尤其是衣康酸，任意地与选自包含第一组单体和第二组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘合剂，其包含根据电池性能、粘合强度和／或涂敷性能具有不同物理性质的两相或多相的结构的复合聚合物颗粒，其特征在于复合聚合物颗粒包括：（ａ）基于能够控制电池性能的单体的聚合物；和下面两者择一或两者：（ｂ）基于能够控 制粘合强度的单体的聚合物；和（ｃ）基于能够同时控制粘合强度和涂敷性能的单体的聚合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2003-3-5 10-2003-00137601、一种粘合剂，其包含根据电池性能、粘合强度和/或涂敷性能具有不同物理性质的两相或多相的结构的复合聚合物颗粒，其特征在于复合聚合物颗粒包括：(a)基于能够控制电池性能的单体的聚合物；和下面两者择一或两者：(b)基于能够控制粘合强度的单体的聚合物；和(c)基于能够同时控制粘合强度和涂敷性能的单体的聚合物。2、根据权利要求1的粘合剂，其特征在于，复合聚合物颗粒从粘合剂内部开始依次包括聚合物(a)、聚合物(b)和聚合物(c)。3、根据权利要求1的粘合剂，其特征在于，内部聚合物由外部聚合物包裹并且两种聚合物的物理性能不同。4、根据权利要求1的粘合剂，其特征在于，聚合物(a)是通过聚合形成粘合剂聚合物的单体中选自包含苯乙烯基单体、乙烯、丙烯、共轭二烯基单体、含腈单体、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的第一组单体的一种或多种单体而得到。5、根据权利要求4的粘合剂，其特征在于，第一组单体包括：苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯、p-t-丁基苯乙烯；乙烯、丙烯；1，3-丁二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯、1，3-戊二烯、p-二萘嵌苯、异戊二烯；丙烯腈、甲基丙烯腈；丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸羟-->丙酯、丙烯酸十二烷基酯；甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸十二烷基酯。6、根据权利要求1的粘合剂，其特征在于，聚合物(b)通过均聚合或共聚合选自包含丙烯酰胺基单体、甲基丙烯酰胺基单体、不饱和的单羧酸基单体和不饱和的二羧酸基单体的第二组单体中的一种或多种单体，或者通过共聚合选自第二组单体的一种或多种单体和选自如权利要求4定义的第一组单体中的一种或多种单体而制备。7、根据权利要求6的粘合剂，其特征在于，第二组单体包括：丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海永，柳东雕，金周炫，韩章善，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]