用于电池电极的组合物制造技术

本发明专利技术涉及用于电池电极的组合物。本发明专利技术涉及用于电池电极的组合物，其中至少一种溶剂为包括按质量计在80％和95％之间的N

【技术实现步骤摘要】
用于电池电极的组合物
[0001]本申请是申请号为202180007234.7、申请日为2021年06月09日、专利技术名称为“用于电池电极的组合物”的专利申请的分案申请。
[0002]本专利技术涉及用于电池电极的组合物，其中至少一种溶剂为包括按质量计在80％和95％之间的N
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甲基吡咯烷酮(NMP)的组合物。
[0003]用于制造电池电极(阴极和阳极)的组合物是公知的。它们由如下构成：溶剂、活性材料、电子导体(例如基于碳的性质的电子导体(单独的或组合的炭黑、石墨烯、碳纳米管、石墨或碳纤维))、聚合物型粘合剂、或甚至其它添加剂例如一种或多种聚合物型或非聚合物型分散剂。
[0004]在所使用的溶剂之中，由于其合适的性质(溶解聚合物型粘合剂的能力，以及非常高的自燃温度(270℃)，容许在空气的存在下施加组合物和进行干燥)而发现NMP。
[0005]该溶剂通常通过蒸馏或双重蒸馏再循环以获得最大程度的NMP纯度。该操作旨在限制整个制造工艺中的NMP的消耗，但是具有工业成本。迄今为止已知的电极制造工艺要求按质量计至少99％的NMP纯度水平。当出于成本原因不期望再循环时，通常将溶剂烧掉，其为失常(aberration)。
[0006]为了在再循环操作期间获得按质量计至少99％或甚至更大的纯度，使用例如在EP 2479167中描述的蒸馏技术。
[0007]在用于制造电池电极的工艺中，将组合物沉积在电流收集器(集流体)上。对于主要组分，该组合物由溶剂、电子导体、活性填料和聚合物组成。所述溶剂随后被蒸发掉以获得电极。该溶剂的回收未使得可获得如在例如EP2479167的已知蒸馏工艺中可能的纯度。在电极制造工艺期间回收的该溶剂可含有最高达几乎20％的除纯溶剂之外的化合物。
[0008]迄今为止，工业电极制造工艺要求将溶剂纯化或使用“新鲜”溶剂。
[0009]申请人已观察到，在N
‑
甲基吡咯烷酮的情形中，得自在电极制造步骤期间在空气中的蒸发过程的该溶剂的再利用不仅在没有纯化的情况下是可能的，而且呈现出许多优势：
[0010]‑
分散更好，
[0011]‑
配制物(配方)随着时间更加稳定，
[0012]‑
所制造的电极具有更好的品质：更确切地说，它们具有基于碳的组分在电极中的更好的分布。因此，导电性改善。
[0013]该不纯的NMP具有在80％和99％之间、和优选地在95％和99％之间的NMP含量、小于或等于0.1％的水含量、以及得自其中使用了NMP的在前的过程的化合物，典型地带有γ
‑
丁内酰胺(2
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吡咯烷酮)或γ
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丁内酯物种的化合物。
[0014]杂质中γ
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丁内酰胺或γ
‑
丁内酯物种的存在可构成分散剂或者可变成接枝到电子导体上，因此促进其在电极中的分布。申请人无法解释并且认为该效果是未预料到的。
[0015]因此，通过保留得自在前的电极制造过程的某些化合物，不仅可使用这样的NMP用于制造电池电极组合物，而且所获得组合物的品质更高。
[0016]施加到电流收集器的基于这样的NMP溶剂的电极且更特别地阴极配制物在空气中
在NMP沸点以下、典型地220℃以下的温度下在分压下经历干燥。在相同的电极制造工艺条件下，使用本专利技术的NMP组合物使得可减小电极的电阻，其为电池应用的关键参数。此外，使用本专利技术的组合物使得可通过减少例如分散用聚合物和/或粘合剂的量而简化电极的配制物。

技术实现思路
：
[0017]本专利技术涉及组合物，其包括：
[0018]‑
至少一种溶剂，其组成包括以在80％和98.99％之间、包括限值的质量含量的N
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甲基吡咯烷酮，以小于1％的质量含量的水，和至少一种带有至少一个γ
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丁内酰胺或γ
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丁内酯环的化合物，排除NMP，这些化合物各自以范围0.01％
‑
19％、包括限值的质量比例单独地或组合地存在，这些化合物的总和不超过19％，所述溶剂以大于或等于50％的质量比例存在，
[0019]‑
以小于或等于50％、排除0的比例的至少一种固体形式的电子导体。
具体实施方式：
[0020]本专利技术的组合物包括按质量计小于50％、按质量计优选地小于35％、优先地小于25％、更优选地小于10％、且更优选地小于5％的固体形式的电子导体。
[0021]术语“固体形式的电子导体”意指单独的或组合的炭黑、石墨烯、单壁或多壁碳纳米管、石墨和碳纤维。优选地，电子导体包括碳纳米管。
[0022]本专利技术的组合物还包括至少一种带有至少一个吡咯烷酮环(γ
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丁内酰胺)、排除NMP，和/或γ
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丁内酯的化合物，这些化合物各自以范围0.01％
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19％的比例单独地或组合地存在，这些化合物的总和不超过19％。
[0023]术语“带有至少一个吡咯烷酮环(γ
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丁内酰胺)或γ
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丁内酯的化合物”可指如下的任意化合物：其具有小于15000g/mol、优选地小于10000g/mol的分子量，并且其中γ
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丁内酯或γ
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丁内酰胺环的存在被表征(质谱法、NMR或红外光谱法)。
[0024]γ
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丁内酯和γ
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丁内酰胺结构可带有包括C、H、N或O的取代基。
[0025]在这些化合物之中，在主要者之中，为γ
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丁内酯、琥珀酰亚胺例如N
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甲基琥珀酰亚胺和N
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羟基琥珀酰亚胺、甲酰基吡咯烷酮、5
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羟基
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N
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甲基吡咯烷酮、2
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吡咯烷酮、或N
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羟基甲基吡咯烷酮。它们也可为就其性质或其浓度而言表征起来或多或少复杂或困难的形式的带有γ
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丁内酰胺和/或γ
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丁内酯环的低聚物。
[0026]认为由得自在电极制造工艺期间的蒸发的溶剂中存在的γ
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丁内酰胺或γ
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丁内酯结构得到的所有杂质可存在于本专利技术的组合物中。也可发现其结构不包括γ
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丁内酰胺或γ
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丁内酯结构的较轻的化合物。
[0027]优选地，这些化合物以如下的含量存在：按质量计在0.01％至19％之间，按质量计更优选地在0.1％和10％之间，且更优选地在0.5％和5％之间，包括限值。
[0028]该溶剂组合物是通过在存在空气的情况下对于120
°
以上的温度回收NMP蒸气而获得的。
[0029]该溶剂组合物还可通过如下获得：向其纯度大于99％的NMP特意添加γ
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丁内酰胺和/或γ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合物，包括：
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至少一种溶剂，其组成包括：以在80％和98.99％之间、包括限值的质量含量的N
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甲基吡咯烷酮，以小于1％的质量含量的水，以及至少一种带有至少一个γ
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丁内酰胺或γ
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丁内酯环的化合物，排除NMP，这些化合物各自以范围0.01％
‑
19％、包括限值的质量比例单独地或组合地存在，这些化合物的总和不超过19％，所述溶剂以大于或等于50％的质量比例存在，
‑
以小于或等于50％、排除0的比例的至少一种固体形式的电子导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A科尔任科，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：