用于具有优异循环特性的二次电池的粘合剂制造技术

本发明专利技术提供了一种用于二次电池电极的粘合剂，其中，包含聚合物颗粒的凝胶的含量为50-100重量%，并且所述粘合剂对电解质的膨胀指数为1.1-5.0，所述聚合物颗粒是通过共聚合三种或更多种类型的单体获得的。所述粘合剂因如上限定的凝胶含量而根本改善了电极稳定性并因膨胀指数而提高了离子导电性，从而提供了具有优异循环特性的二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于二次电池电极的粘合剂。更具体而言，本专利技术涉及一种用于二次电池电极的粘合剂，其中，包含聚合物颗粒的凝胶的含量为50-100%，并且所述粘合剂对电解质的膨胀指数为I. 1-5.0，所述聚合物颗粒是通过共聚合三种或更多种类型的单体获得的。
技术介绍
矿物燃料应用的迅速增长已经导致了应用替代能源或清洁能源的需求增大。基于这种趋势，使用电化学反应生成和储存电力是一个非常活跃的研究领域。近年来，使用电化学能量的电化学装置的典型实例是二次电池，其应用也持续扩展。近来，与便携式设备(如便携式计算机、手机和相机等)相关的技术研发和增长的需求使得对于作为能源的二次电池的需求增大。在这些二次电池中，具有高的能量密度和电压、长的使用期限和低的自放电的锂二次电池的研究非常活跃而且其市售可得且广泛得到应用。另外，对环境问题关注的增强已经使得人们对用电动车辆、混合电动车辆等替代使用矿物燃料的车辆(如汽油车和柴油车等)的研究广泛开展起来。这些电动车辆和混合电动车辆通常使用镍-金属氢化物二次电池作为动力源。然而，大量关于具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究目前正在进行中，并且其中一些已经市售可得。常规的典型锂二次电池使用石墨作为阳极活性材料。阴极的锂离子重复地嵌入阴极并从阴极脱出以实现充放电。电池的理论容量随电极活性材料的类型不同而变化。电池的充放电能力的劣化通常在电池的循环寿命期间发生。出现这种现象的主要原因是在电池充放电期间由于电极的体积变化而发生电极活性材料的分离或电极材料与集电极之间的分离导致不足以实现活性材料的功能。另外，在嵌入和脱出过程中，嵌入阳极的锂离子并不能完全脱出，因此阳极的活性位点减少。为此，电池的充放电容量和使用期限可能随着电池的循环使用而降低。特别地，为了改善放电容量，当理论放电容量为372mAh/g的天然石墨与具有高放电容量的如硅、锡或硅锡合金的材料一起使用时，在充放电过程中，材料的体积膨胀增加颇大，从而引起阳极材料与电极材料的隔离。结果，随着重复循环电池容量不利地快速下降。因此，在本领域中急需这样的粘合剂和电极材料，其能够通过强粘合作用而在制备电极时防止电极活性材料之间，或电极活性材料与集电极之间的分离，并能够通过强物理性质在重复地充/放电时控制电极活性材料的体积膨胀，从而改善电池的性能。通常用作阴极和阳极的粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVdF)是溶解于如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的有机溶剂中的聚合物树脂。尽管PVdF并没有被开发作为胶黏剂，但因为当其添加量约为石墨的8-10%时，它显示出优异的与石墨材料的可混性并且形成了具有优异粘合强度的电极板，因此它常被用作电极活性材料的粘合剂。然而，由于PVdF覆盖活性材料的状态是聚合物纤维被包裹起来，因此，电极活性材料在容量和效率方面劣化了电池的固有性能。另外，当使用具有大的比表面积(如天然石墨或金属活性材料)且在充放电时显示出高的膨胀收缩比的材料作为电极活性材料时，由于PVdF的挠性不足而使得结合容易裂开或者循环特性可能劣化。此外，PVdF吸附碳酸盐电解质并随后膨胀，因而在循环过程中引起功率容量的下降。另一种用于锂二次电池的作为水性粘合剂的粘合剂是基于橡胶的胶乳，如丁苯橡胶(SBR)。SBR对环境是友好的，其降低粘合剂的用量并改善二次电池的容量和初始充/放电效率。但是，在这种情况下，尽管因橡胶的弹性而改善了粘合的持续性，但是并没有大幅提闻粘合强度。因此，在充放电时SBR显示出大的体积膨胀并由此限制使用(如不适用)具有高容量的活性材料(其需要具有高粘合强度的电极)。因此，急需开发能改善电池的循环特性、电极的结构稳定性并显示出优异粘合强度的粘合剂。
技术实现思路
技术问题因此，作出本专利技术是为了解决上述以及尚未解决的其他技术问题。作为许多解决上述问题的广泛而深入的研究和实验结果，本专利技术的专利技术人开发出一种用于二次电池电极的粘合剂，其中，如下所述，包含聚合物颗粒的凝胶的含量为50-100重量％，所述聚合物颗粒是通过共聚合三种或更多种类型的单体获得的，并且所述粘合剂对电解质的膨胀指数为I. 1-5.0，并且证实了使用这种粘合剂能够改善电池的循环特性和粘合强度。本专利技术正是基于这种发现完成的。技术方案 因此，根据本专利技术的用于二次电池电极的粘合剂是这样一种用于二次电池电极的粘合剂，其中，包含聚合物颗粒的凝胶的含量为50-100重量％，并且所述粘合剂对电解质的膨胀指数为I. 1-5.0，所述聚合物颗粒是通过共聚合三种或更多种类型的单体获得的。凝胶的含量是指粘合剂交联的程度并且可由电解质中不溶材料的比例来表示。所述粘合剂在80° C下干燥24小时或更长，称出O. Ig粘合剂(Ma)，将得到的粘合剂浸入5g的电解质(EC:PC:DEC=3:2:5，重量比)中24小时或更长。将浸入电解质中的粘合剂过200目筛(已知重量)并在室温下放置约30分钟以蒸发存在于粘合剂表面的电解质，测量粘合剂的重量(Mb)。之后，将得到的粘合剂在80° C下干燥24小时或更长，测量剩在筛上的粘合剂的重量(M。)并由以下公式计算凝胶含量。凝胶含量(％)=Me/Ma*100对电解质的膨胀指数是指浸入电解质之前的粘合剂的重量与浸入电解质之后的粘合剂的重量比例，其可由Mb/Ma (Ma :浸入电解质之前的粘合剂的重量，Mb :浸入电解质之后的粘合剂的重量)表示。在一个优选的实施方式中，三种或更多种类型的单体可是(a)烯键式不饱和羧酸酯单体，(b)选自乙烯基单体和腈单体中的至少一种单体，以及(C)烯键式不饱和羧酸单体。通过这种适当的组合，可以得到优异的粘合性和改善的粘合持续性。在这种构成中，优选地，基于粘合剂的总重，(a)烯键式不饱和羧酸酯单体以及(b)选自乙烯基单体和腈单体中的至少一种单体的混合物存在的量为80-99重量％，并且基于粘合剂的总重，(c)烯键式不饱和羧酸单体存在的量为1-20重量％。更优选地，基于粘合剂的总重，(a)烯键式不饱和羧酸酯单体以及(b)选自乙烯基单体和腈单体中的至少一种单体的混合物存在的量为90-95重量％，并且基于粘合剂的总重，(c)烯键式不饱和羧酸单体存在的量为5-10重量％。在这种构成中，优选以1:10-10:1的摩尔比，更优选以5:5-9:1的摩尔比添加(a)烯键式不饱和羧酸酯单体与(b)选自乙烯基单体和腈单体中的至少一种单体。根据各单体的性质和粘合剂所需的物理性质，所述含量范围可适当改变。例如，所述烯键式不饱和羧酸酯单体可为选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正 己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸月桂酯、巴豆酸甲酯、巴豆酸乙酯、巴豆酸丙酯、巴豆酸丁酯、巴豆酸异丁酯、巴豆酸正戊酯、巴豆酸异戊酯、巴豆酸正己酯、巴豆酸2-乙基己酯、巴豆酸羟丙酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯和甲基丙烯酸二乙氨乙酯中的至少一种单体。例如，所述乙烯基单体可为选自苯乙烯，邻_、间-和对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金玉善，金英玟，姜旼阿，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：
国别省市：