【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利
本专利技术涉及一种可用于形成电化学电能储存装置和二次电池中使用的负极的电极形成组合物。
技术介绍
1、人们对轻质和高能量密度二次(可充电)电池技术越来越感兴趣。锂离子电池(lib)已广泛用作许多设备的电源，例如消费电子产品、电动汽车和电动工具。零排放电动汽车，特别是远程电动汽车的日益普及，需要lib技术进一步提高对能量密度和耐用性。为了提高电池能量密度和整体性能，正在研究电池的不同组件。这些组件包括负极(阳极)、正极、电解质和隔膜。改进的负极具有提高电池能量密度的巨大潜力，特别是如果改进的粘合剂用于阳极的话。
2、由于环境问题，在制造此类二次电池的电极时，水基浆料通常优于溶剂基浆料。通常，这些电极的制造方法是将电极形成成分分散在水中，将浆料或糊剂以薄膜形式浇铸在集流体上，然后使膜干燥以形成电极。聚合物粘合剂的功能是将电极形成颗粒一起粘合到集流体上。这些二次锂离子电池的负极(阳极)的电极形成颗粒通常包含：活性材料(例如碳质材料)，其可以可逆地吸收和释放或容纳(嵌入)锂离子以产生锂离子电化学反应的反应位点(电池充电/放电)；导电添加剂；流变改性剂和聚合物粘合剂。阳极活性材料是能够在充电/放电循环期间给予或接受电子的物质。导电添加剂通常用于提高负极(阳极)的电导率，从而降低电池的内阻，因而提高电池的功率输出。流变改性剂通常存在于阳极浆料配方中，以调节电极制造铸造过程的浆料流变性。用于负极配方的流变改性剂的例子包括羧甲基纤维素(cmc)和聚丙烯酸(paa)。聚合物粘合剂的功能是将阳极组分一起粘合到集流体上。苯乙烯
3、已经有报道[k.hays等人；j.phys.chem.c 2018,122,18,9746–9754]在锂离子电池应用的水浆制备过程中，非晶硅(si)可以被氧化并产生氢气。si在二次电池中的使用很重要，因为它有可能提高锂离子电池阳极的能量密度。然而，h2的产生在大规模电池制造过程中带来了安全问题。
4、提高电池能量密度和阳极活性材料进步的持续工业趋势给那些传统聚合物粘合剂带来了新的挑战。仍然需要一种阳极粘合剂，其提供具有高能量密度、不产生h2和提供优异使用寿命的二次电池。除了简单地将活性材料和导电材料物理固定在一起并提供物理柔韧性之外，还可以为阳极提供功能优势的粘合剂是需要的。
5、在sci.rep.2020,14966，标题为“一种利用氢键作用用于锂离子电池硅阳极的导电自愈聚合物粘合剂(a conductive self healing polymeric binder using hydrogenbonding for si anodes in lithium ion batteries)”的文献中，将含环氧乙烷的单体与其他可聚合单体共聚，制备用于电池阳极粘合剂应用的聚合物。制备聚合物的聚合方法是使用有机溶剂(例如二甲基甲酰胺)的溶液相聚合。
6、在adv.energy mater.2018,1703138，标题为“用于锂离子电池中低成本硅微粒阳极的离子导电自愈粘合剂(ionically conductive self-healing binder for low costsi microparticles anodes in li-ion batteries)”的文献中，将含有反应性异氰酸酯官能团的聚乙二醇接枝到聚合物侧链上，生成含有环氧乙烷的聚合物，用于电池阳极粘合剂应用。
7、在adv.funct.mater.2019,1908558，标题为“重新设计聚丙烯酸粘合剂以优化硅锂离子电池的电化学性能：支化结构带来聚合物粘合剂的平衡性能(re-engineering poly(acrylic acid)binder toward optimized electrochemical performance for siliconlithium-ion batteries:branching architecture leads to balanced properties ofpolymeric binders)”的文献中，含有环氧乙烷的单体[四(乙二醇)二丙烯酸酯]与丙烯酸共聚制备用于阳极粘合剂应用的聚合物。使用具有两个反应性基团的含环氧乙烷的单体作为支化剂以产生支化聚合物。
8、在中佛罗里达大学的binh tran的题为“用于锂电池的粘合性乙烯基丙烯酸类电解质和电极粘合剂(an adhesive vinyl-acrylic electrolyte and electrode binderfor lithium batteries)”的论文中，含环氧乙烷的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯与其他可聚合单体共聚，在有机溶剂溶液(如乙酸乙酯)中通过溶液聚合制备共聚物。
9、us 8,790,622公开了含有一种或多种梳状结构两亲共聚物的制剂，其富含疏水性单体和聚亚烷基二醇单体。
10、us 9,834,698公开了可用于制备零或低voc涂料组合物的胶乳粘合剂，其使用可聚合聚亚烷基二醇单体(例如聚乙二醇甲基丙烯酸酯)与乳化剂和/或含有在芳环上取代的大体积疏水基团的可聚合聚亚烷基二醇单体组合获得。
11、需要一种用于非水二次电能储存装置内的电极集流体的新型电极形成组合物，其具有高能量密度和优异的二次电池使用寿命性能。在本专利技术中，令人惊讶地发现，所公开的包含某些官能团的聚合物可以用作电极配方中的粘合剂，以提供具有低电阻率、对集流体有良好粘附性和低voc含量的电极。具体地，本专利技术人发现所公开的包含具有烷氧基化官能团的聚合物粘合剂的电极形成组合物特别可用作二次电池阳极上的活性材料层的粘合剂。
12、出乎意料的是，此外，本专利技术的粘合剂可以防止在制备含非晶硅的水性浆料期间产生氢气。这对于可以产生大量氢气的大规模阳极生产来说是一个优势。
技术实现思路
1、本专利技术涉及用于非水电能储存装置内的电极的集流体上的电极形成组合物。该电极形成组合物包含下列物质、由其组成或基本上由其组成：a)至少一种颗粒状电极形成材料，b)聚合物粘合剂，和c)基于聚合物粘合剂的重量，0至40重量％的至少一种能够与聚合物粘合剂b)反应的交联剂。
2、聚合物粘合剂b)包含作为聚合单体的下列单体、由其组成或基本上由其组成：
3、i)聚合物粘合剂的10-99重量％包含至少一种非离子单烯键式不饱和单体，由其组成或基本上由其组成；
4、ii)聚合物粘合剂的0.5-42重量％包含至少一种具有烯属不饱和度并由氢或芳基或烷基链(其可以是疏水的)封端的烷氧基化单体，由其组成或基本上由其组成，其具有下式：
5、
6、其中：
7、m、n和p表示0至150的环氧烷单元数，其中m+n+p≥1，
8、q表示至少等于1的整数，优选使得3≦(m+n+p)q≦150，
9、r1、r2和r3表示h、ch3或ch2ch3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用作包含非水电解质的能量储存装置内的集流体上的电极的组合物，所述组合物包含：
2.如权利要求1所述的组合物，其中，单体ii)包括以下所列中的至少一种：聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯及其羟基官能化衍生物、聚亚烷基二醇单烯丙基醚及其羟基官能化衍生物、聚亚烷基二醇单乙烯基醚及其羟基官能化衍生物，和它们的组合。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其中，所述至少一种交联剂c)包含环氧基、胺、醇、封端异氰酸酯、碳二亚胺、多官能氮丙啶、硅烷及其混合物中的至少一种。
4.如权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中，聚合物粘合剂b)具有30至500nm的体积平均粒度，或者包括30至500nm的各种粒度的组合。
5.如权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，聚合物粘合剂b)的数均分子量为1000g/mol或更高，更优选为5000g/mol或更高，特别优选为10,000g/mol或更高。
6.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，单体i)包括以下所列中的至少一种：(甲基)丙烯酸C1-C12烷基酯，苯乙烯及其衍生物，乙酸乙烯酯，
7.如权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中，单体iii)包括以下所列中的至少一种：(甲基)丙烯酸，丙烯酸2-羧基乙酯，丙烯酸2-聚羧基乙酯，衣康酸的单酯，马来酸，富马酸，巴豆酸，衣康酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，4-苯乙烯磺酸，乙烯基磺酸，甲基丙烯酸2-磺基乙酯，聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯，聚亚烷基二醇烯丙基醚磷酸酯，乙烯基膦酸，2-(甲基丙烯酰氧基)乙基膦酸；和/或它们的酸和/或盐和/或酸酐形式；以及它们的混合物。
8.如权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中，单体iv)包括以下所列中的至少一种：由多元醇获得的烯丙醚；由多元醇获得的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；二乙烯基萘；三乙烯基苯；1,2,4-三乙烯基环己烷；三烯丙基季戊四醇；二烯丙基季戊四醇；二烯丙基蔗糖；三羟甲基丙烷二烯丙基醚；1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸烯丙酯；衣康酸二烯丙酯；富马酸二烯丙酯；马来酸二烯丙酯；二甲基丙烯酸丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯；聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯；三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯；亚甲基双(甲基)丙烯酰胺；氰尿酸三烯丙酯；邻苯二甲酸二烯丙酯；二乙烯基苯和它们的混合物。
9.如权利要求1至8中任一项所述的组合物，其中，单体v)包括N-羟烷基(甲基)丙烯酰胺、乙烯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸乙酰乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酰氧基烷基三烷氧基硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷以及它们的混合物中的至少一种。
10.如权利要求1至9中任一项所述的组合物，其中，单体vi)包括(甲基)丙烯酰氧基烷基三烷氧基硅烷、乙烯基三烷氧基硅烷、取代脲的(甲基)丙烯酸酯、取代脲的(甲基)丙烯酰胺、取代脲的烯丙基醚、(甲基)丙烯酸氨基烷基酯、(甲基)丙烯酸羟烷基酯及其混合物中的至少一种。
11.如权利要求1至10中任一项所述的组合物，其中，a)至少一种颗粒状电极形成材料包括选自下组的一种或多种材料：炉黑、乙炔黑、科琴炭黑、碳纳米管(CNT)、人造石墨、天然石墨、硬碳、活性软炭、炭黑、石墨烯、中孔碳、非晶硅、半晶硅、氧化硅、硅纳米线、锡、氧化锡、锗、钛酸锂、以及它们的混合物或复合物。
12.一种电极，其包含在至少一个表面上涂覆有如权利要求1-11中任一项所述的组合物的导电基底。
13.一种包含如权利要求12所述的电极的装置，其选自下组：非水型电池、电容器和膜电极组件。
14.一种包含如权利要求1-11中任一项所述的电极形成组合物的套件，其中：
15.一种包含如权利要求1-11中任一项所述的组合物的套件，其中：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用作包含非水电解质的能量储存装置内的集流体上的电极的组合物，所述组合物包含：
2.如权利要求1所述的组合物，其中，单体ii)包括以下所列中的至少一种：聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯及其羟基官能化衍生物、聚亚烷基二醇单烯丙基醚及其羟基官能化衍生物、聚亚烷基二醇单乙烯基醚及其羟基官能化衍生物，和它们的组合。
3.如权利要求1或2所述的组合物，其中，所述至少一种交联剂c)包含环氧基、胺、醇、封端异氰酸酯、碳二亚胺、多官能氮丙啶、硅烷及其混合物中的至少一种。
4.如权利要求1至3中任一项所述的组合物，其中，聚合物粘合剂b)具有30至500nm的体积平均粒度，或者包括30至500nm的各种粒度的组合。
5.如权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，聚合物粘合剂b)的数均分子量为1000g/mol或更高，更优选为5000g/mol或更高，特别优选为10,000g/mol或更高。
6.如权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中，单体i)包括以下所列中的至少一种：(甲基)丙烯酸c1-c12烷基酯，苯乙烯及其衍生物，乙酸乙烯酯，叔碳酸乙烯酯，(甲基)丙烯酰胺，(甲基)丙烯腈及其衍生物，二异丁烯，乙烯基吡咯烷酮，乙烯基己内酰胺，和它们的混合物。
7.如权利要求1至6中任一项所述的组合物，其中，单体iii)包括以下所列中的至少一种：(甲基)丙烯酸，丙烯酸2-羧基乙酯，丙烯酸2-聚羧基乙酯，衣康酸的单酯，马来酸，富马酸，巴豆酸，衣康酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，4-苯乙烯磺酸，乙烯基磺酸，甲基丙烯酸2-磺基乙酯，聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯，聚亚烷基二醇烯丙基醚磷酸酯，乙烯基膦酸，2-(甲基丙烯酰氧基)乙基膦酸；和/或它们的酸和/或盐和/或酸酐形式；以及它们的混合物。
8.如权利要求1至7中任一项所述的组合物，其中，单体iv)包括以下所列中的至少一种：由多元醇获得的烯丙醚；由多元醇获得的丙烯酸酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹锦宝，伍文君，R·阿明萨纳伊，B·T·库，JM·苏奥，M·杜佛，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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