本发明专利技术涉及一种用于电池组电极的粘合剂，所述粘合剂包含含环氧乙烷共聚物，所述含环氧乙烷共聚物包含：第一单体环氧乙烷（ＥＯ）；和至少一种另外的单体，所述至少一种另外的单体选自与所述第一单体ＥＯ不同的环氧烷、烷基缩水甘油基醚或它们的组合；其中所述含环氧乙烷共聚物的重均分子量小于约２００，０００ｇ／摩尔（例如，约１０，０００至约１００，０００），所述含环氧乙烷共聚物中的第一单体ＥＯ的摩尔分数（ＸＥＯ）大于０．８０（例如，约０．８０至约０．９９５），并且所述含环氧乙烷共聚物对于在约０．８０至约０．９９５的范围内的选择的ＸＥＯ具有以℃计的峰值熔融温度（Ｔｐ），所述峰值熔融温度（Ｔｐ）低于在选择的ＸＥＯ的最大值Ｔｐ最大，所述的最大值Ｔｐ最大使用等式Ｔｐ最大＝（６０－１５０（１－ＸＥＯ））计算。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及聚合物有源电池组元件，并且具体地，涉及含环氧乙烷共聚物， 所述含环氧乙烷共聚物在包括分散在粘合剂材料中的电活性粒子的电池组电极中可以用作粘合剂材料。
技术介绍
可再充电池组近些年来受到巨大关注。这样的电池组还逐渐被称为“二次电池组” 或甚至称为“蓄电池组”。可以运行它们以储存电荷，并且其后运行以放出电荷以对装置提供电源。通常，这些类型的电池组具有少量的包括电极(具体地，阳极和阴极)的有源元件， 其结合在一起以进行可逆的电化学反应。通常，用于改进可再充电池的耐久性和效率的努力在许多情况下集中于这些有源元件中的一种或多种的改进。一种日益流行类型的电池组是采用在基本上聚结块体(cohesive mass)的电解质材料中的金属离子(例如，锂离子)的电池组。当将这种电池组的电化学电池放电时，通常从阳极抽出的锂离子流向阴极。当将电池充电时，发生反向过程。锂离子从阴极抽出并且流向并被插入到阳极中。如所指出的，基本上聚结块体的电解质材料被称为固体电解质，尽管一些这样的固体电解质具有凝胶特性。金属离子(例如，锂离子)以足够浓度存在，并且具有这样的大小在离子在电极之间流动时，电解质和其它有源元件作为离子流动的结果可能实际上易受尺寸波动影响。因而，当离子流入一个区域时，它们将使该区域溶胀，并且离子从其流出的区域将收缩。归因于由电化学反应产生的能量而在电解质中热积聚的结果，也可以出现尺寸波动。因此在用于可再充电池组的有源元件的设计中，重要的是用于有源元件的材料能够承受动态循环尺寸波动。如可以理解的，适于作为用于可再充电池组的电极的材料通常要求力学性质和电学性质的适当平衡，所述平衡通常不存在于单一均勻材料中。因此，为了实现各性质的适当平衡，已经提出了使用复合材料；即，使用包括结合成单一材料中的两种以上的在化学和 /或物理方面不同构造材料的材料。该构造材料，尽管形成单一复合材料，但是将通常导致两个以上的不连续相。该构造材料在复合材料内有效地保持作为分离并不同的材料。举例来说，活性导电材料的粒子(在本文中称为电活性粒子或“ΕΑΡ”)可以被分散在适当的粘合剂材料如由聚合物材料形成的基体中。EAP帮助提供所需电学特性，而粘合剂帮助赋予适当的力学或其它性质。还可以将一种或多种电极材料(例如，插层化合物)混合到材料的该组合中。复合材料的一个实例示例在美国专利6，455，194中，其中将苯酚-甲醛材料单独地或与聚偏1，1_ 二氟乙烯(PVDF) —起用于粘合剂中。还参见美国专利6，855，273和 6，174，623。一种用于减小用于提供电学特性的EAP的负担的可行途径是在粘合剂中使用导电聚合物例如PVDF。不幸的是，现有的导电聚合物由于它们的脆特性、它们的高熔融温度或它们两者而具有有限的与EAP结合的能力。EAP和聚合物之间的界面结合(bods)趋于相对弱。在一些情况下，特别是作为以上讨论的循环尺寸波动的结果，粘合剂聚合物和EAP可能在使用中经历不期望程度的分离或“析出(pull-out) ”，其具有危及电池性能的可能性。长期耐久性争议点因而成为问题。而且，脆特性的聚合物如PVDF不能容易地被弯曲和折叠， 这另外限制了包括这些材料的电池组的形态因子。某些含环氧乙烷的均聚物或共聚物材料可以表现出用于作为有源可再充电池组元件的吸引人的电学特性，例如在电极的粘合剂中或在电解质中。然而，通常由于下列原因而避免这些材料合成限制、在获得用于有效地满足有源元件应用中的材料的加工和/或力学需要的材料的必需力学特性方面的困难。特别吸引人的是获得耐久且持久的复合材料，其具有作为用于可再充电池组的电极的效用，特别是甚至在经历力学变形如在电池组的循环充电过程中典型的动态循环尺寸波动以后，也对电活性粒子具有强的粘合的复合材料。另外，吸引人的是获得更挠性的电极，其可以改进形态因子(例如，通过自由折叠电极的能力)，更容易加工成电池组(因而增加生产收率)，并且消除了对相对硬包装的需要。专利技术概述在多个方面中，本专利技术通过在环氧乙烷共聚物中实现预料不到的特性而满足了以上要求并克服了现有技术的多个缺点，所述环氧乙烷共聚物使得该材料对于在可再充电池组中，例如在复合电极中的应用特别吸引人。因此，本专利技术的第一方面涉及一种用于电池组 (例如用于电池组电极)的粘合剂材料，所述粘合剂材料包含含环氧乙烷共聚物(例如，无规共聚物)，所述含环氧乙烷共聚物(例如，无规共聚物)包含第一单体环氧乙烷(EO)；和至少一种另外的单体，所述至少一种另外的单体选自与所述第一单体EO不同的环氧烷、烷基缩水甘油基醚、烯丙基缩水甘油基醚或它们的组合；其中所述含环氧乙烷共聚物的重均分子量小于约200，OOOg/摩尔，所述含环氧乙烷共聚物中的第一单体EO的摩尔分数(Xeq) 大于0. 80，并且所述含环氧乙烷共聚物对于在约0. 80至约0. 995的范围内的选择的Xeq具有以。C计的峰值熔融温度(Tp)，所述峰值熔融温度(Tp)低于在选择的Xro的最大值ΤρΛλ， 所述最大值Tp^c是使用等式Tp^c= (60-150(1-ΧΕ()))计算的。优选地，含环氧乙烷共聚物中的第一单体EO的摩尔分数为约0. 80至约0. 995，含环氧乙烷共聚物的重均分子量为约 10，000至约100，000，或它们两者。本专利技术的第二方面涉及一种复合电极如复合阴极或复合阳极，其包含在本文中公开的粘合剂材料并且另外包含许多可以相同或不同的粒子，其中含环氧乙烷共聚物与所述许多粒子接触。复合材料可以是包括含有两个、三个或更多个相的多个不连续相的基本上固态的材料。粒子优选包括下列各项或由基本上由下列各项组成一种或多种电活性粒子 (即，ΕΑΡ)，一种或多种石墨，一种或多种其它含碳材料或它们的任何组合。本专利技术的第三方面涉及一种包含本文中公开的含环氧乙烷共聚物和/或粘合剂材料的固体聚合物电解质。所述固体聚合物电解质可以包含金属盐、溶剂，或它们两者。本专利技术的第四方面涉及一种装置，所述装置包括具有上述方面中的任何一个方面的特征的本文中公开的复合电极。在一个实施方案中，该装置是二次电池组。5本专利技术的另一个方面涉及一种用于聚合含环氧乙烷共聚物(例如，本文中所述的用于粘合剂材料的含环氧乙烷共聚物)的方法，所述方法包括在烃稀释剂的存在下，使第一单体EO和至少一种另外的单体与活化的烷基铝催化剂接触。环氧乙烷和催化剂优选在比共聚物的熔融温度低至少约5°C的反应温度接触，用使单体反应以聚合所述共聚物。从本专利技术教导可以在其他地方发现其它方面。如将从本文中的教导看到的，本专利技术反映了一种用于处理本领域中迄今为止面对的问题的令人惊奇的途径和解决方案，所述问题由于在电池组应用所需的电性质和力学性质方面的之前不能协调的折衷而受到限制。本专利技术的含环氧乙烷共聚物具有高环氧乙烷浓度和低熔点的令人惊奇的平衡，这使得他们特别适于作为用于电解质应用的粘合剂材料。 还发现这些聚合物(其典型可以表现出一些离子电导性)甚至在经历力学变形如在电池组的循环充电过程中典型的动态循环尺寸波动以后，也对电活性粒子具有令人惊奇地强的粘I=I O附图简述图IA示例包含含环氧乙烷共聚物和70%电活性粒子的复合材料的一个实例的拉伸应力-拉伸应变曲线。图IB描绘图IA的拉伸应力相对于拉本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种组合物，所述组合物包含：含环氧乙烷共聚物，所述含环氧乙烷共聚物包含：ｉ．第一单体环氧乙烷；和ｉｉ．至少一种另外的单体，所述至少一种另外的单体选自与所述第一单体环氧乙烷不同的环氧烷、烷基缩水甘油基醚、烯丙基缩水甘油基醚或它们的组合；其中所述含环氧乙烷共聚物的重均分子量小于约２００，０００ｇ／摩尔，所述含环氧乙烷共聚物的第一单体环氧乙烷的摩尔分数ＸＥＯ为约０．８０至约０．９９５，并且所述含环氧乙烷共聚物对于在约０．８０至约０．９９５的范围内的选择的ＸＥＯ具有以℃为单位的峰值熔融温度Ｔｐ，所述峰值熔融温度Ｔｐ低于在选择的ＸＥＯ的最大值Ｔｐ最大，所述最大值Ｔｐ最大是使用等式Ｔｐ最大＝（６０－１５０（１－ＸＥＯ））计算的，其中所述组合物作为电池组电极用粘合剂材料是有用的。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏珊·J·巴比内茨，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US
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