[发明专利]用于锂离子蓄电装置的电极浆料组合物

说明书

本发明涉及锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及(c)导电剂。本发明还提供电极，其包含：(a)集电器；及(b)于该集电器上形成的固化膜。该固化膜是由上文所阐述的该浆料组合物沉积。还提供了由该电极制备的蓄电装置。

技术领域

本发明涉及含有粘合剂的电极浆料组合物，该粘合剂进而包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物。该浆料组合物可用于制造用于诸如电池组等蓄电装置中的电极。本发明还涉及包含由该浆料组合物制备的固化膜的电极且涉及蓄电装置。

背景技术

电化学电池的电极通常通过将电化学活性电极材料(例如锂化合物)附接至集电器来制造。常规的集电器可是由导电材料(例如铜或铝)制得的刚性支撑或挠性箔。可将电化学活性电极材料制备为浆料或糊料且随后涂覆至集电器上。或者，将浆料制造为自支撑层，稍后将其附接至集电器。将电化学活性电极材料附接至集电器的方法可包括层压、用粘合剂粘合或涂覆。

浆料或糊料通常包含电化学活性材料及粘合剂材料的混合物。浆料中通常还包括其他组分，例如导电添加剂(即炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、VGCF(气相生长碳纤维)等)。

聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物当用作用于正电极及负电极的浆料中的粘合剂材料时已展示优异的化学及机械性质。具体地，PVDF提供良好电化学稳定性及对电极材料及对集电器的高粘合，使得其成为用于电极浆料的优选粘合剂材料。通常，将聚偏二(某)乙烯溶解于有机溶剂中且然后将电极材料(例如电化学活性锂化合物及碳质材料)与PVDF溶液组合以形成浆料，将该浆料施加至金属箔或网以形成电极。

有机溶剂的作用是将PVDF溶解以提供在将有机溶剂蒸发后电极材料颗粒与金属箔或网之间的良好粘合性。不幸的是，PVDF仅可溶于少量溶剂中。当前，所选有机溶剂是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。溶解于NMP中的PVDF粘合剂提供优异粘合及电极浆料组合物中所有活性成分的相互连结性。所结合的成分能够耐受充电及放电循环期间的大体积膨胀及收缩，而不会损失电极内的相互连结性。电极中活性成分的相互连接性在电池组性能中极其重要，尤其在充电及放电循环期间，这是因为电子必须穿过电极，且锂离子迁移率需要电极内颗粒之间的相互连结性。

然而，NMP是有毒材料且呈现健康及环境问题。NMP列在加利福尼亚州第65号提案(California Proposition 65)(1986)中所引用的美国已知的致癌或生殖毒性的化学品(Chemicals Known to the State to Cause Cancer or Reproductive Toxicity)名单上。面对日益严格的监管，一些制造商正在考虑用于某些应用的替代溶剂，尤其在工人暴露难以控制的情形下。因此，将期望开发使用除PVDF以外的粘合剂，从而消除对NMP的需求且提供可接受的性能、粘合性及耐化学性性质的电极浆料。

因此，本发明的目标在于提供可用于制造用于诸如电池组等蓄电装置中的电极的电极浆料组合物，其克服或缓和目前可用的常规的电极浆料组合物的至少一些上文所提及的缺陷。因此，本发明尤其涉及提供不具有不利健康效应的环境友好的电极浆料组合物，其与使用聚偏二氟乙烯聚合物作为粘合剂的常规的电极浆料组合物相比展现相当或甚至更好的电化学性能、粘合性及耐化学性性质。

发明概述

本发明提供锂离子电池组电极浆料组合物，其包含：

(a)能够锂嵌入及脱嵌的电化学活性材料；

(b)粘合剂，其分散于水性或有机介质中且包含含有一种或多种环氧官能性聚合物及一种或多种酸官能性丙烯酸系聚合物的反应混合物的反应产物；及

(c)导电剂。

本发明还提供电极，其包含：