用于二次电池的粘结剂组合物制造技术

一种用于二次电池电极的水性粘结剂组合物，其包括共聚物和分散介质，其中共聚物包含结构单元(a)、结构单元(b)和结构单元(c)。本文公开的粘结剂组合物具有改善的粘结能力。此外，包含使用本文所公开的粘结剂组合物制备的电极的电池表现出优异的电化学性能。电极的电池表现出优异的电化学性能。电极的电池表现出优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于二次电池的粘结剂组合物


[0001]本专利技术涉及电池的领域。具体地，本专利技术涉及用于锂离子电池的粘结剂组合物。

技术介绍

[0002]在过去的数十年中，锂离子电池(LIBs)由于其优异的能量密度、长的循环寿命和高放电能力，在各种应用尤其是消费类电子产品中被广泛应用。由于电动车辆(EV)和电网储能的市场快速发展，高性能、低成本的LIBs目前为大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。
[0003]通常，通过将有机基浆料涂覆至金属集流体上来制造锂离子电池电极，该浆料包含在有机溶剂中的电极活性材料、导电碳和粘结剂。粘结剂通过将电极组分固定在一起并将其粘附至集流体上来提供良好的电化学稳定性。聚偏二氟乙烯(PVDF)是商用锂离子电池行业中最常用的粘结剂之一。然而PVDF在水中不溶解，只能溶解在一些特定的有机溶剂中，例如N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)，其易燃且有毒，因此需要特殊的处理。
[0004]由于上述的风险，当使用NMP时，在干燥过程中必须安装回收系统以回收NMP蒸气。这在制造过程中产生高额成本，因为它需要大量的资金投入。因此，优选地选择使用较便宜和更环境友好的溶剂，例如水，因为它能消除回收系统的大量投资成本。
[0005]鉴于这样的问题，已经尝试使用更环境友好、水溶性的粘结剂材料取代传统的PVDF，或利用PVDF作为电极浆料粘结剂的已知优势，而不使用在电极制造过程中需要特定回收处理的有机溶剂。
[0006]已知的水性粘结剂例如羧甲基纤维素(CMC)丁苯橡胶(SBR)仅表现出有限的粘结能力和较差的循环寿命。尤其是SBR需要增稠剂来调节粘结剂粘度。并且，SBR表现出高的可膨胀性和不良的团聚性，导致在电极浆料中不均匀的分散、高的电极电阻和差的电极性能。此外，在电池内，阴极处于高电压，但大多数橡胶(包括SBR)仅在阳极的低电压下稳定而在高电压下分解。因此，特别是在阴极内，它们的应用受到一定的限制。
[0007]欧洲专利申请公开号EP2555293B1公开了一种用于含锂离子的电化学电池的水基电极浆料。该浆料包含在水性溶液中的电化学活性材料，以及PVDF、SBR和聚丙烯酸(PAA)与CMC中至少一者的组合。该现有技术试图将PVDF与水基浆料结合，以实现其更容易处理、减少环境污染和降低成本，同时保持PVDF作为粘结剂的已知的化学和电化学优点。这些优点包括电化学稳定性、使用寿命稳定性以及事实上所需的粘结剂量相对低，从而允许更高的倍率。虽然该现有技术所公开的浆料不含有机溶剂，但它仍然包含含氟粘结剂。PVDF是高度氟化的，并且当受热时会分解成有毒物质，这对人体健康和环境造成了风险。
[0008]鉴于上文，总是有用于二次电池的水性粘结剂组合物的需要，其具有优异的粘附能力和高的电化学稳定性，并能在阴极浆料的制备期间保持性质，使得粘结剂组合物有助于提供电池的优异的电化学性能。

技术实现思路

[0009]通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需求。本文提供一种用于二次电池电极的粘结剂组合物，其包括共聚物和分散介质，其中该共聚物包含结构单元(a)、(b)和(c)。这种粘结剂组合物展现出改善的粘结能力。此外，包含使用本文所公开的粘结剂组合物制备的阴极的电池表现出优异的电化学性能。
附图说明
[0010]图1是说明制备粘结剂组合物的步骤的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
[0011]本文提供一种用于二次电池电极的粘结剂组合物，其包括共聚物和分散介质，其中该共聚物包含结构单元(a)、结构单元(b)和结构单元(c)。
[0012]术语“电极”是指“阴极”或“阳极”。
[0013]术语“正极”与“阴极”可交换地使用。同样，术语“负极”与“阳极”可交换地使用。
[0014]术语“粘结剂”、“粘结剂材料”或“粘结剂组合物”是指在分散介质中形成胶体溶液或胶体分散液的化学化合物、化合物的混合物或聚合物，并用于将电极活性材料及/或导电剂固定在合适位置并将它们粘附在导电金属部件以形成电极。
[0015]术语“导电剂”是指具有良好导电性的材料。因此，导电剂通常在形成电极时与电极活性材料混合，以改善电极的导电性。在一些实施方式中，导电剂是化学活性的。在一些实施方式中，导电剂是化学惰性的。
[0016]术语“聚合物”是指通过聚合相同或不同类型的单体制备的聚合化合物。通用术语“聚合物”包括术语“均聚物”和“共聚物”。
[0017]术语“均聚物”是指通过聚合同种类型的单体制备的聚合物。
[0018]术语“共聚物”是指通过聚合两种或多种不同类型的单体制备的聚合物。
[0019]术语“不饱和”是指具有一个或多个不饱和单元的部分(moiety)。
[0020]术语“烷基”或“烷基基团”是指具有通式C
n
H
2n+1
的一价基团，其衍生自从饱和、非支链的或支链的脂肪族烃中除去一个氢原子，其中n是整数。烷基基团的实例包括但不限于C1‑
C8烷基基团，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、2
‑
甲基
‑1‑
丙基、2
‑
甲基
‑2‑
丙基、2
‑
甲基
‑1‑
丁基、3
‑
甲基
‑1‑
丁基、2
‑
甲基
‑3‑
丁基、2,2
‑
二甲基
‑1‑
丙基、2
‑
甲基
‑1‑
戊基、3
‑
甲基
‑1‑
戊基、4
‑
甲基
‑1‑
戊基、2
‑
甲基
‑2‑
戊基、3
‑
甲基
‑2‑
戊基、4
‑
甲基
‑2‑
戊基、2,2
‑
二甲基
‑1‑
丁基、3,3
‑
二甲基
‑1‑
丁基、2
‑
乙基
‑1‑
丁基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、己基、庚基和辛基。较长的烷基基团包括壬基和癸基基团。烷基基团可以是未取代的或被一个或多个合适的取代基取代。
[0021]术语“环烷基”或“环烷基基团”是指具有单环或多个稠环的饱和或不饱和环状非芳族烃基。环烷基基团的实例包括但不限于C3‑
C7环烷基基团，例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环庚基；C3‑
C7环烯基基团，例如环丙烯基、环丁烯基、环戊烯基、环己烯基和环庚烯基；以及环状萜烯类和双环萜烯类。环烷基基团可以是未取代的或被一个或两个合适的取代基取代。
[0022]术语“烷氧基”是指如前所定义的烷基基团，通过氧原子与主碳链连接。烷氧基基
团的一些非限制性实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等。且上述定义的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于二次电池电极的粘结剂组合物，其包括共聚物以及分散介质，其中所述共聚物包括结构单元(a)，其衍生自含有选自由羧酸、磺酸、硫酸、膦酸、磷酸、硝酸、这些酸的盐、这些酸的衍生物及其组合构成的群组的酸基团的单体；结构单元(b)，其衍生自选自由含有酰胺基团的单体、含有羟基基团的单体及其组合构成的群组的单体；以及结构单元(c)，其衍生自选自由含有腈基基团的单体、含有醚基基团的单体、含有环氧基团的单体、含有羰基基团的单体、含氟单体及其组合构成的群组的单体。2.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其中所述羧酸选自由丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、2
‑
丁基巴豆酸、肉桂酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、衣康酸酐、4,4
‑
二甲基衣康酸、2
‑
乙基丙烯酸、异巴豆酸、顺式
‑2‑
戊烯酸、反式
‑2‑
戊烯酸、当归酸、惕格酸、3,3
‑
二甲基丙烯酸、3
‑
丙基丙烯酸、反式
‑2‑
甲基
‑3‑
乙基丙烯酸、顺式
‑2‑
甲基
‑3‑
乙基丙烯酸、3
‑
异丙基丙烯酸、反式
‑3‑
甲基
‑3‑
乙基丙烯酸、顺式
‑3‑
甲基
‑3‑
乙基丙烯酸、2
‑
异丙基丙烯酸、三甲基丙烯酸、2
‑
甲基
‑
3,3
‑
二乙基丙烯酸、3
‑
丁基丙烯酸、2
‑
丁基丙烯酸、2
‑
戊基丙烯酸、2
‑
甲基
‑2‑
己烯酸、反式
‑3‑
甲基
‑2‑
己烯酸、3
‑
甲基
‑3‑
丙基丙烯酸、2
‑
乙基
‑3‑
丙基丙烯酸、2,3
‑
二乙基丙烯酸、3,3
‑
二乙基丙烯酸、3
‑
甲基
‑3‑
己基丙烯酸、3
‑
甲基
‑3‑
叔丁基丙烯酸、2
‑
甲基
‑3‑
戊基丙烯酸、3
‑
甲基
‑3‑
戊基丙烯酸、4
‑
甲基
‑2‑
己烯酸、4
‑
乙基
‑2‑
己烯酸、3
‑
甲基
‑2‑
乙基
‑2‑
己烯酸、3
‑
叔丁基丙烯酸、2,3
‑
二甲基
‑3‑
乙基丙烯酸、3,3
‑
二甲基
‑2‑
乙基丙烯酸、3
‑
甲基
‑3‑
异丙基丙烯酸、2
‑
甲基
‑3‑
异丙基丙烯酸、反式
‑2‑
辛烯酸、顺式
‑2‑
辛烯酸、反式
‑2‑
癸烯酸、α
‑
乙酰氧基丙烯酸、β
‑
反式
‑
芳氧基丙烯酸、α
‑
氯
‑
β
‑
E
‑
甲氧基丙烯酸、甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马来酸、溴马来酸、氯马来酸、二氯马来酸、氟马来酸、二氟马来酸、马来酸氢壬基酯、马来酸氢癸基酯、马来酸氢十二烷基酯、马来酸氢十八烷基酯、马来酸氢氟烷基酯、马来酸酐、甲基马来酸酐、二甲基马来酸酐、丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯醛、甲基丙烯酰氯、甲基丙烯酰氟、甲基丙烯酰溴及其组合构成的群组。3.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其中基于所述粘结剂组合物中的所述共聚物中的单体单元的总摩尔数，在所述共聚物中的所述结构单元(a)占的比例是按摩尔计约15％至约50％。4.根据权利要求1所述的粘结剂组合物，其中所述含有酰胺基团的单体选自由丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N
‑
甲基甲基丙烯酰胺、N
‑
乙基甲基丙烯酰胺、N
‑
正丙基甲基丙烯酰胺、N
‑
异丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦镖，江英凯，龚涛，
申请(专利权)人：广东省皓智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：