[发明专利]用于形成电极的组合物

说明书

相关申请之交叉参考

本申请要求于2011年9月13日提交的欧洲专利申请号11181048.7的优先权，该申请的全部内容出于所有的目的通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及用于形成电极的组合物、其制造方法、其用于制造电极的用途，及由其衍生的电极。

背景技术

偏二氟乙烯(VDF)聚合物在此项技术中是已知的适合作为粘合剂以制造用于非水型电化学装置中的电极，这些非水型电化学装置诸如为电池、优选二次电池及双电层电容器。

总体而言，用于制造电极的技术涉及使用诸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的有机溶剂以用于溶解VDF聚合物粘合剂，且将它们与一种粉状电极材料及其他所有适合的成分一起匀化来产生欲施用至金属捕集器的糊剂。

有机溶剂的作用典型地在于溶解VDF聚合物以便使粉状电极材料颗粒在有机溶剂蒸发时彼此粘合在一起且粘合在金属捕集器上。

然而最近，人们追随以下方法，其中通常避免使用有机溶剂以便确保更环境友好的技术，且已经提出水基(waterborne)解决方案。

例如，2006年5月11日US2006/0099505(索尼公司)披露了一种用于制造电池阳极的方法，该方法包括使用一种阳极混合物浆料，该浆料是通过在分散介质中分散颗粒状阳极活性材料及颗粒状粘合剂而制备，该颗粒状粘合剂含有以下组中的至少一种，该群组是由偏二氟乙烯(VDF)的均聚物及共聚物所组成，该分散介质对于粘合剂的溶胀度为10％或更少。优选地，分散介质为水。

同样，2010年12月2日US2010/0304270(阿科玛公司(ARKEMA INC.))值得注意地披露了水基用于形成电极的组合物，该组合物除其他之外包括偏二氟乙烯(VDF)聚合物颗粒及粉状电极材料，这些粉状电极材料值得注意地包含：

在负电极时，碳质材料、纳米钛酸盐或能被掺杂锂离子的其他基质；及

在正电极时，锂及/或过渡金属(包含Co、Mn、Al、Ti、Ni、Fe...)的氧化物、硫化物或氢氧化物。

然而，阴极材料总体而言对水分/湿度敏感，例如，由于阴极材料能溶解于水中，及/或可能的水解现象，直到该材料完全分解，以致使最终电极效能受到负面影响。因此，当溶解度和/或分解存在争议时，由于在电极本身的制造过程中不可避免的存在水分进入，在典型操作的高温条件下水分会攻击活性材料，使得用于制造电极之水基途径可能导致较差的最终电池效能或甚至可能是一种完全不切实际的解决方案。

因此，能够在二次电池中提供优良效能且不会因为湿度/水分而对活性电极材料产生负面影响的含水的用于形成电极的组合物的领域仍存在不足。

另一方面，已知多种技术，这些技术涉及正(阴极)电极材料之涂覆或电镀以用于改良其在锂电池中的性能，包含其中使用这些技术来调配包含聚偏二氟乙烯(PVDF)粘合剂的阴极之实施方式。用于包含该额外涂层的基本原理经常是调节导电性，使高温下的氧损失减至最少(并因而使电池爆炸故障减至最少)，通过与电解溶液的相互作用来限制该材料的溶解等等。此类披露内容的实例在下文中进行了简要概述。

1996年5月31日文件JP8138670(东芝公司)披露了LiNiO₂颗粒在其表面具有包括一种额外元素的层，该额外元素的浓度高于芯中的浓度，该元素是选自除Li之外的碱金属、碱土金属、除Ni之外的过渡金属、第III族元素、第IV族元素、第V族元素或硫属元素。此层被传授为增加LiNiO₂芯的晶体结构的稳定性，以使得相应锂电池的循化效能(cyclability)得以提升。如上所述的核-壳颗粒是获得自氢氧化物或其他前体混合物的热烧结：由于LiNiO₂晶格的形成，优选地，该额外成分以氧化物的形式被滤出至表面上。所例证的实施方式使用B、Al、Si、P、Mn、Co、Fe、Zn、Ga。作为粘合剂，尤其提及PVDF、PTFE、EPDM。

1999年1月22日文件JP11016566(日立公司)披露了一种阴极材料(或阴极组件)，其覆盖有一种具有优良摄氧能力的金属或金属化合物。所解决的问题是通过以一种金属(或金属氧化物)包围该阴极活性材料来控制电池的点火及爆炸，该活性材料在过充电或过热条件下可能生成氧气，该金属(或金属氧化物)能够反应且捕获该氧气。该金属是选自Ti、Al、Sn、Bi、Cu、Si、Ga、W、Zr、B、Mo。电极制造是使用PVDF作为粘合剂。