[发明专利]用于锂离子蓄电装置的电极粘结剂浆料组合物

说明书

本发明提供一种浆料组合物，其包含：(a)电化学活性材料及/或导电试剂；以及(b)粘结剂，该粘结剂包含：(i)分散于液体介质中的包含含氟聚合物的聚合物；及(ii)包含含有结构单元的加成聚合物的聚合物，该结构单元包含含杂环基烯属不饱和单体的残基。本发明还提供电极及蓄电装置。

发明领域

本发明涉及用于制造用于蓄电装置(诸如蓄电池)的电极的含氟聚合物(诸如聚偏二氟乙烯(PVDF))浆料组合物。

发明背景

电子行业中存在生产由较小及较轻蓄电池供电的较小装置的趋势。具有负电极(诸如含碳材料)及正电极(诸如锂金属氧化物)的蓄电池可提供相对高电力及低重量。

聚偏二氟乙烯由于其优异的电化学阻抗而已被认为是用于形成待用于蓄电装置中的电极的有用粘结剂。通常，聚偏二氟乙烯属溶解于有机溶剂中，且电极材料(就锂离子蓄电池的正电极而言为电化学活性锂化合物及含碳材料，电活性锂化合物及含碳材料)与PVDF溶液合并以形成浆料，该浆料经涂覆至金属箔或网以形成电极。

有机溶剂的作用在于溶解PVDF以便在蒸发有机溶剂后于电极材料粒子与金属箔或网之间提供良好粘附力。目前，所选有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。溶解于NMP中的PVDF粘结剂提供电极组合物中的所有活性成分的优良粘附力及互连性。粘结的成分能够容许充电及放电循环期间的大体积膨胀及收缩，而不会失去电极内的互连性。电极中的活性成分的互连性对于电池性能极其重要，尤其在充电及放电循环期间，因为电子必须移动跨越电极，且锂离子迁移率要求电极内的粒子之间具有互连性。

令人遗憾的是，NMP为毒性材料且存在健康及环境问题。期望的是将用作PVDF粘结剂的溶剂的NMP替换掉。然而，NMP溶解PVDF的能力较为独特，PVDF不太能溶于其他有机溶剂。

为了在电极形成过程中在除NMP外的有机溶剂中有效地采用PVDF组合物，PVDF必须分散于稀释剂中。然而，分散体必须与当前制造规范相容，且提供中间产物及最终产物的所需特性。一些共同准则包括：a)含氟聚合物分散体的稳定性，具有足够的储存期限；b)在掺合导电粉末与分散体之后，浆料的稳定性；c)用以促成良好涂覆特性的浆料的适当粘度；及d)电极内的足够的互连性。

另外，在将电极组装于蓄电装置中之后，该装置应实质上不含湿气且实质上不含可吸引湿气的亲水性基团。

因此，本发明的目的在于使用NMP的替代物提供稳定PVDF分散体，以供在制备电极形成组合物时用作粘结剂，该电极形成组合物具有用于产生用于蓄电池及其他具有互连性的蓄电装置的高品质电极的适合涂覆特性。

发明概述

本发明提供一种浆料组合物，其包含：(a)电化学活性材料；(b)粘结剂，该粘结剂包含：(i)分散于液体介质中的包含含氟聚合物的聚合物；及(ii)包含含有结构单元的加成聚合物的聚合物，该结构单元包含含杂环基烯属不饱和单体的残基。

本发明还提供一种浆料组合物，其包含：(a)导电试剂；(b)粘结剂，该粘结剂包含：(i)分散于液体介质中的包含含氟聚合物的聚合物；及(ii)包含含有结构单元的加成聚合物的聚合物，该结构单元包含含杂环基烯属不饱和单体的残基。

本发明进一步提供一种电极，其包含：(a)集电器；以及(b)形成于该集电器上的薄膜，其中该薄膜是由浆料组合物沉积，该浆料组合物包含：电化学活性材料；粘结剂，该粘结剂包含：(i)分散于液体介质中的包含含氟聚合物的聚合物；及(ii)包含含有结构单元的加成聚合物的聚合物，该结构单元包含含杂环基烯属不饱和单体的残基；以导电试剂。