【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造电池电极的组合物的碳纳米管的分散体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年8月19日提交的美国临时专利申请序列号63/067,585的权益,所述美国临时专利申请通过引用并入本文。
[0003]本专利技术涉及碳纳米管分散体,所述碳纳米管分散体可以用于制造用于电储存装置(如电池)的电极的组合物中。
技术介绍
[0004]电子工业有一种趋势是生产由更小且更轻的电池供电的更小的装置。具有如碳质材料和硅(氧化物)等负电极和如锂金属氧化物等正电极的电池可以提供相对高的功率和相对低的重量。此类电极通常由包含有机溶剂、粘合剂、活性材料(例如,碳质材料或锂金属氧化物)和任选的导电剂的溶剂浆料生产。
[0005]目前,选择的粘合剂是聚偏二氟乙烯(PVDF),并且选择的有机溶剂是N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)。溶解在NMP中的PVDF粘合剂提供电极组合物中所有活性成分的优异粘附性和互连性。不幸的是,NMP是一种有毒材料并存在健康和环境问题,并且期望替代NMP作为PVDF粘合剂的溶剂。然而,NMP溶解PVDF的能力有些独特,后者不溶于许多其它有机溶剂。
[0006]导电剂通常是炭黑或石墨。碳纳米管因其良好的导电性和高纵横比,添加时在锂离子电池的正负电极材料中形成三维导电网络而备受关注,这可以提高电池的性能特性,如提高容量和循环寿命。然而,碳纳米管的纳米尺寸在处理干燥的碳纳米管时需要限制,并且碳纳米管已被证明难以充分分散,这导致电池性 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳纳米管的分散体,其包括:有机介质,分散在所述有机介质中的碳纳米管,以及分散剂,所述分散剂包括加成聚合物,所述加成聚合物包括包含在烷基中含有1个至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的结构单元,按所述加成聚合物的总重量计,所述结构单元的量为20重量%至98重量%,如30重量%至96重量%、如30重量%至90重量%、40重量%至90重量%、如40重量%至80重量%、如45重量%至75重量%。2.根据权利要求1所述的分散体,其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管。3.根据权利要求1所述的分散体,其中所述碳纳米管包括多壁碳纳米管。4.根据权利要求1所述的分散体,其中所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。5.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管包括扶手椅、锯齿形或手性构型。6.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管被官能团取代。7.根据权利要求6所述的分散体,其中所述官能团包括碳纳米管可能包括氧、氮或氟。8.根据权利要求6或7所述的分散体,其中所述官能团包括羰基、羟基、胺和/或酰胺官能团。9.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管包括无定形碳或残余催化剂。10.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管通过电弧放电、激光烧蚀、化学气相沉积(CVD)或高压一氧化碳歧化(HiPCO)合成。11.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述单壁碳纳米管用臭氧处理、臭氧和过氧化氢处理、盐酸处理或热处理进行处理。12.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述多壁碳纳米管用氢氧化钠或氢氧化钾进行处理。13.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的氧含量不超过10原子重量%,如不超过5原子重量%、如不超过2原子重量%、如不超过1.5原子重量%、如不超过1原子重量%、如不超过0.6原子重量、如不超过0.5原子重量%。14.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的BET表面积为10至2,000m2/g,如10至1,750m2/g、如10至1,600m2/g、如10至1,500m2/g、如10至1,400m2/g、如10至1,300m2/g、如10至1,200m2/g、如10至1,100m2/g、如10至1,000m2/g、如10至900m2/g、如10至800m2/g、如10至700m2/g、如10至600m2/g、如10至500m2/g、如10至400m2/g、如10至300m2/g、如10至200m2/g、如10至100m2/g、如10至50m2/g、如20至2,000m2/g、如20至1,750m2/g、如20至1,600m2/g、如20至1,500m2/g、如20至1,400m2/g、如20至1,300m2/g、如20至1,200m2/g、如20至1,100m2/g、如20至1,000m2/g、如20至900m2/g、如20至800m2/g、如20至700m2/g、如20至600m2/g、如20至500m2/g、如20至400m2/g、如20至300m2/g、如20至200m2/g、如20至100m2/g、如20至50m2/g、如50至2,000m2/g、如50至1,750m2/g、如50至1,600m2/g、如50至1,500m2/g、如50至1,400m2/g、如50至1,300m2/g、如50至1,200m2/g、如50至1,100m2/g、如50至1,000m2/g、如50至900m2/g、如50至800m2/g、如50至700m2/g、如50至600m2/g、如50至500m2/g、如50至
400m2/g、如50至300m2/g、如50至200m2/g、如50至100m2/g、如100至2,000m2/g、如100至1,750m2/g、如100至1,600m2/g、如100至1,500m2/g、如100至1,400m2/g、如100至1,300m2/g、如100至1,200m2/g、如100至1,100m2/g、如100至1,000m2/g、如100至900m2/g、如100至800m2/g、如100至700m2/g、如100至600m2/g、如100至500m2/g、如100至400m2/g、如100至300m2/g、如100至200m2/g、如200至2,000m2/g、如200至1,7200m2/g、如200至1,600m2/g、如200至1,500m2/g、如200至1,400m2/g、如200至1,300m2/g、如200至1,200m2/g、如200至1,100m2/g、如200至1,000m2/g、如200至900m2/g、如200至800m2/g、如200至700m2/g、如200至600m2/g、如200至500m2/g、如200至400m2/g、如200至300m2/g、如300至2,000m2/g、如300至1,7300m2/g、如300至1,600m2/g、如300至1,500m2/g、如300至1,400m2/g、如300至1,300m2/g、如300至1,200m2/g、如300至1,100m2/g、如300至1,000m2/g、如300至900m2/g、如300至800m2/g、如300至700m2/g、如300至600m2/g、如300至500m2/g、如300至400m2/g、如400至2,000m2/g、如400至1,7400m2/g、如400至1,600m2/g、如400至1,500m2/g、如400至1,400m2/g、如400至1,300m2/g、如400至1,200m2/g、如400至1,100m2/g、如400至1,000m2/g、如400至900m2/g、如400至800m2/g、如400至700m2/g、如400至600m2/g、如400至500m2/g、如500至2,000m2/g、如500至1,7500m2/g、如500至1,600m2/g、如500至1,500m2/g、如500至1,400m2/g、如500至1,300m2/g、如500至1,200m2/g、如500至1,100m2/g、如500至1,000m2/g、如500至900m2/g、如500至800m2/g、如500至700m2/g、如500至600m2/g、如600至2,000m2/g、如600至1,750m2/g、如600至1,600m2/g、如600至1,500m2/g、如600至1,400m2/g、如600至1,300m2/g、如600至1,200m2/g、如600至1,100m2/g、如600至1,000m2/g、如600至900m2/g、如600至800m2/g、如600至700m2/g、如700至2,000m2/g、如700至1,750m2/g、如700至1,600m2/g、如700至1,500m2/g、如700至1,400m2/g、如700至1,300m2/g、如700至1,200m2/g、如700至1,100m2/g、如700至1,000m2/g、如700至900m2/g、如700至800m2/g、如800至2,000m2/g、如800至1,750m2/g、如800至1,600m2/g、如800至1,500m2/g、如800至1,400m2/g、如800至1,300m2/g、如800至1,200m2/g、如800至1,100m2/g、如800至1,000m2/g、如800至900m2/g、如900至2,000m2/g、如900至1,750m2/g、如900至1,600m2/g、如900至1,500m2/g、如900至1,400m2/g、如900至1,300m2/g、如900至1,200m2/g、如900至1,100m2/g、如900至1,000m2/g、如1,000至2,000m2/g、如1,000至1,750m2/g、如1,000至1,600m2/g、如1,000至1,500m2/g、如1,000至1,400m2/g、如1,000至1,300m2/g、如1,000至1,200m2/g、如1,000至1,100m2/g。15.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的拉曼光谱学(Raman spectroscopy)2D/G峰值比为0.15:1.0至1.50:1.0,如0.15:1.0至1.25:1.0、如0.15:1.0至1.0:1.0、如0.20:1.0至1.0:1.0、如0.30:1.0至1.0:1.0、如0.40:1.0至1.0:1.0、如0.50:1.0至1.0:1.0、如0.60:1.0至1.0:1.0、如0.20:1.0至0.80:1.0、如0.30:1.0至0.80:1.0、如0.40:1.0至0.80:1.0、如0.50:1.0至0.80:1.0、如0.20:1.0至0.90:1.0、如0.25:1.0至0.80:1.0、如0.30:1.0至0.75:1.0、如0.30:1.0至0.65:1.0、如0.30:1.0至0.60:1.0、如0.30:1.0至0.55:1.0、如0.30:1.0至0.50:1.0、如0.40:1.0至0.75:1.0、如0.40:1.0至0.65:1.0、如0.40:1.0至0.60:1.0、如0.40:1.0至0.55:1.0、如0.40:1.0至0.50:1.0。16.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的长度为25nm至1mm,如25nm至500微米、如25nm至250微米、如25nm至200微米、如25nm至25微米、如25nm至50
微米、如25nm至30微米、如25nm至20微米、如25nm至10微米、如25nm至5微米、如25nm至3微米、如25nm至1微米、如25nm至500nm、50nm至1mm、如50nm至500微米、如50nm至250微米、如50nm至200微米、如50nm至50微米、如50nm至50微米、如50nm至30微米、如50nm至20微米、如50nm至10微米、如50nm至5微米、如50nm至3微米、如50nm至1微米、如50nm至500nm、75nm至1mm、如75nm至500微米、如75nm至250微米、如75nm至200微米、如75nm至75微米、如75nm至50微米、如75nm至30微米、如75nm至20微米、如75nm至10微米、如75nm至5微米、如75nm至3微米、如75nm至1微米、如75nm至500nm、100nm至1mm、如100nm至500微米、如100nm至250微米、如100nm至200微米、如100nm至100微米、如100nm至50微米、如100nm至30微米、如100nm至20微米、如100nm至10微米、如100nm至5微米、如100nm至3微米、如100nm至1微米、如100nm至500nm、如300nm至1mm、如300nm至500微米、如300nm至250微米、如300nm至200微米、如300nm至100微米、如300nm至50微米、如300nm至30微米、如300nm至20微米、如300nm至10微米、如300nm至5微米、如300nm至3微米、如300nm至1微米、如300nm至500nm、如500nm至1mm、如500nm至500微米、如500nm至250微米、如500nm至200微米、如500nm至100微米、如500nm至50微米、如500nm至30微米、如500nm至20微米、如500nm至10微米、如500nm至5微米、如500nm至3微米、如500nm至1微米、如1微米至1mm、如1至500微米、如1至250微米、如1至200微米、如1至100微米、如1至50微米、如1至30微米、如1至20微米、如1至10微米、如1至5微米、如1至3微米、5微米至1mm、如5至500微米、如5至250微米、如5至200微米、如5至100微米、如5至50微米、如5至30微米、如5至20微米、如5至10微米、10微米至1mm、如10至500微米、如10至250微米、如10至200微米、如10至100微米、如10至50微米、如10至30微米、如10至20微米、20微米至1mm、如20至500微米、如20至250微米、如20至200微米、如20至100微米、如20至50微米、如20至30微米、50微米至1mm、如50至500微米、如50至250微米、如50至200微米、如50至100微米、100微米至1mm、如100至500微米、如100至250微米、如100至200微米、100微米至1mm、如100至500微米、如100至250微米、如100至200微米、200微米至1mm、如200至500微米、如200至250微米。17.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的外径为0.1至100nm,如0.1至50nm、如0.1至40nm、如0.2至100nm、如0.2至50nm、如0.2至40nm、如0.3至100nm、如0.3至50nm、如0.3至40nm、如0.4至100nm、如0.4至50nm、如0.4至40nm。18.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述碳纳米管的纵横比为100:1至100,000,000:1,如100:1至100,000:1、如100:1至50,000:1、如100:1至20,000:1、如100:1至15,000:1、如100:1至1,500:1、如100:1至1,200:1、如500:1至100,000,000:1、如500:1至100,000:1、如500:1至50,000:1、如500:1至20,000:1、如500:1至15,000:1、如500:1至1,500:1、如500:1至1,200:1、1,000:1至100,000,000:1、如1,000:1至100,000:1、如1,000:1至50,000:1、如1,000:1至20,000:1、如1,000:1至15,000:1、如1,000:1至1,500:1、如1,000:1至1,200:1、如10,000:1至100,000,000:1、如10,000:1至100,000:1、如10,000:1至50,000:1、如10,000:1至20,000:1、如10,000:1至15,000:1、如50,000:1至100,000,000:1、如50,000:1至100,000:1。19.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中按所述分散体的总固体重量计,所述碳纳米管以0.1重量%至10重量%的量存在于所述分散体中,如0.1重量%至7.5重量%、如0.1重量%至5重量%、如0.5重量%至5重量%、如0.5重量%至4.5重量%、如0.75重量%
至5重量%、如0.75重量%至4重量%、如1重量%至5重量%、如1重量%至4.5重量%、如1重量%至4重量%、如1重量%至3.5重量%、如1重量%至3重量%、如1.5重量%至5重量%、如1.5重量%至4.5重量%、如1.5重量%至4重量%、如2重量%至5重量%、如2重量%至4.5重量%、如3重量%至4重量%。20.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质包括以下、本质上由以下组成或由以下组成:丁基吡咯烷酮、磷酸三烷基酯、1,2,3
‑
三乙酰氧基丙烷、3
‑
甲氧基
‑
N,N
‑
二甲基丙酰胺、乙酰乙酸乙酯、γ
‑
丁内酯、丙二醇甲醚、环己酮、碳酸丙烯酯、己二酸二甲酯、丙二醇甲基醚乙酸酯、二元酯(DBE)、二元酯5(DBE
‑
5)、4
‑
羟基
‑4‑
甲基
‑2‑
戊酮(二丙酮醇)、丙二醇二乙酸酯、邻苯二甲酸二甲酯、甲基异戊酮、丙酸乙酯、1
‑
乙氧基
‑2‑
丙醇、二丙二醇二甲醚、饱和与不饱和线性和环酮(可作为其混合物,作为Eastman
TM
C
‑
11酮从伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company)商购获得)、二异丁基酮、乙酸酯(可作为Exxate
TM
1000从Hallstar公司(Hallstar)商购获得)、三丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚乙酸酯或其任何组合。21.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质包括磷酸三烷基酯、本质上由磷酸三烷基酯组成或由磷酸三烷基酯组成,并且所述磷酸三烷基酯包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯或其组合。22.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质包括磷酸三乙酯、本质上由磷酸三乙酯组成或由磷酸三乙酯组成。23.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质包括磷酸三乙酯和乙酰乙酸乙酯、本质上由磷酸三乙酯和乙酰乙酸乙酯组成或由磷酸三乙酯和乙酰乙酸乙酯组成。24.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质包括主要溶剂和助溶剂,所述主要溶剂和助溶剂与作为分散相的所述碳纳米管形成均匀的连续相。25.根据权利要求24所述的分散体,其中所述主要溶剂包括以下、本质上由以下组成或由以下组成:丁基吡咯烷酮、磷酸三烷基酯、3
‑
甲氧基
‑
N,N
‑
二甲基丙酰胺、1,2,3
‑
三乙酰氧基丙烷或其任何组合,并且所述助溶剂包括以下、本质上由以下组成或由以下组成:乙酰乙酸乙酯、γ
‑
丁内酯和/或乙二醇醚,如丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、丙二醇单丙醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单己醚或其任何组合。26.根据权利要求24或25所述的分散体,其中所述主要溶剂以50重量%至99重量%的量存在,如65重量%至90重量%、如75重量%至85重量%,并且所述助溶剂以1重量%至50重量%的量存在,如10重量%至35重量%、如15重量%至25重量%,所述重量%按所述有机介质的总重量计。27.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述有机介质在180℃下的蒸发速率大于80克/分钟平方米,如在180℃下大于90克/分钟平方米、如在180℃下大于100克/分钟平方米。28.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中按所述分散体的总重量计,所述有机介质以20%至99.9%的量存在,如30%至99.9%、如40%至99.9%、如50%至99.9%、如60%至99.9%、如70%至99.9%、如80%至99.9%、如85%至99.9%、如87.5%至99.9%、如90%至99.9%、如91%至99.9%、如92%至99.9%、如93%至99.9%、如94%至99.9%、如
95%至99.9%、如95.5%至99.9%、如96%至99.9%、如96.5%至99.9%、如97%至99.9%、如97.5%至99.9%、如98%至99.9%、如98.5%至99.9%、如90%至99%、如91%至99%、如92%至99%、如93%至99%、如94%至99%、如95%至99%、如95.5%至99%、如96%至99%、如96.5%至99%、如97%至99%、如97.5%至99%、如98%至99%、如98.5%至99%、如90%至98%、如91%至98%、如92%至98%、如93%至98%、如94%至98%、如95%至98%、如95.5%至98%、如96%至98%、如96.5%至98%。29.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述分散剂包括至少一个与所述碳纳米管相容的相,以及至少一个与所述有机介质相容的相。30.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述分散剂包括反应性基团和尾部基团。31.根据权利要求29所述的分散体,其中所述反应性基团包括硅烷、羧酸、膦酸、季铵离子、能够氢键结合的基团,如氧、氮或含氟基团(例如,羟基、胺等)或其盐,并且所述尾部基团包括有助于防止碳纳米管彼此相互作用的第二官能性。32.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述分散剂包括官能团。33.根据权利要求32所述的分散体,其中所述官能团包括活性氢官能团、杂环基以及其任何组合。34.根据权利要求32或33所述的分散体,其中所述官能团包括羟基、伯氨基或仲氨基、酰胺基、羧酸基、硫醇基、内酰胺、内酯、环氧化物或其任何组合。35.根据权利要求34所述的分散体,其中所述分散剂包括与β
‑
羟基官能酸进行后反应的环氧化物官能团。36.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述分散剂包括酸官能团,并且所述分散剂的理论酸当量重量为350至17,570g/酸当量,如878至12,000g/酸当量、如1,757至7,000g/酸当量。37.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述加成聚合物进一步包括包含α,β
‑
烯属不饱和羧酸的残基的结构单元。38.根据权利要求37所述的分散体,其中所述α,β
‑
烯属不饱和羧酸包括马来酸或其酸酐、富马酸衣康酸、这些二羧酸的半酯以及其任何组合。39.根据权利要求37或38所述的分散体,其中按所述加成聚合物的总重量计,包括所述α,β
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烯属不饱和羧酸的残基的结构单元可能占1重量%至50重量%、2重量%至50重量%,如2重量%至20重量%、如2重量%至10重量%、如2重量%至5重量%、如1重量%至5重量%。40.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述在烷基中含有1个至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯包括(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯或其任何组合。41.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述加成聚合物进一步包括包含在烷基中含有4个至7个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的结构单元。42.根据权利要求41所述的分散体,其中所述在烷基中含有4个至7个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯包括(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯或其任何组合。43.根据权利要求41或42所述的分散体,其中按所述加成聚合物的总重量计,包括在烷
基中含有4个至7个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的结构单元占2重量%至70重量%,如2重量%至60重量%、如5重量%至50重量%、10重量%至40重量%、如15重量%至35重量%。44.根据前述权利要求中任一项所述的分散体,其中所述加成聚合物进一步包括包含在烷基中含有...
【专利技术属性】
技术研发人员:S,
申请(专利权)人:PPG工业俄亥俄公司,
类型:发明
国别省市:
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