用于非水电解质电能存储设备的导电底胶组合物制造技术

提供一种用于含有非水电解质的电能存储设备的导电涂层组合物，其包含含有一种或多种水溶性聚合物的有机聚合物粘结剂；水；分散在所述粘结剂中的固体导电颗粒；和以所述水溶性聚合物的0.025‑10.0重量％存在的与至少一种所述水溶性聚合物结合的基于磷的酸，并提供所述导电涂层组合物的制备方法和使用方法，由其制成的涂布的集流体和电能存储设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非水电解质电能存储设备的导电底胶组合物专利技术背景1.专利
本专利技术涉及用作含非水电解质的电能存储设备中使用的集流体的金属表面上的底胶和/或导电涂层的导电涂层组合物。本专利技术还涉及用于导电涂层组合物的添加剂、涂布的集流体、包括上述任一者的含非水电解质的电能存储设备，以及其制备方法和使用方法。2.现有技术的说明含非水电解质的电能存储设备如锂离子电池和电容，通常包括施加到集流体作为涂布的集流体例如电极的活性涂层。锂离子电池主要由阴极和阳极组成，每个电极包含沉积在集流体上的不同活性材料，与电解质接触且被隔板分开。通常，导电金属用作集流体，并且存在若干形式的集流体：网、泡沫、箔等。优选薄且轻的金属箔，以提高电池的容量。集流体具有高导电性以减低电池电阻，且在电极的电势操作窗口中，令人期望地显示出与电解质接触的化学稳定性。金属集流体虽然具有高导电性，但经常被电解质侵蚀，这倾向于缩短电池寿命。活性涂层包含通常含锂的活性材料、导电添加剂和各种粘结剂，作为非限制性实例，所述活性材料例如是磷酸铁锂和/或各种锂金属氧化物。阴极是含锂和第一行过渡金属的氧化物或磷酸盐，而阳极通常基于碳如石墨或锂钛氧化物。含有非水电解质、特别是液体电解质的电能存储设备中发现的问题包括由电解质引起的集流体金属表面的腐蚀、以及活性涂层对集流体的不令人满意的粘合性。这两种缺陷均降低电能存储设备的效率和寿命。减少此类问题的一种方法是，在施加活性涂层之前，将底胶涂层施加到集流体的金属表面上。虽然导电底胶涂层是可商购获得的，但这些产品的缺点包括底胶的导电性差，即涂布的集流体的导电性降低；底胶层对集流体和/或活性涂层的粘合性不够，以及电解质侵蚀底胶涂层和下面的集流体。商购导电性底胶的另一缺点是使用不希望的溶剂基载体。为了改进电能存储设备如电池和电容的性能，仍然非常需要降低具有沉积在其上的干导电涂层的集流体的电阻。同样非常需要降低包括干底胶层的这些干涂层的电阻。仍然非常需要提高导电涂层、特别是导电底胶涂层对非水电解质的抗性(例如，不溶性和/或非反应性)。解决该问题在使用环境中尤其具有挑战性，其中在放电和再充电过程中变化的电化学条件以及从环境温度变化至升高的温度下，导电底胶涂层暴露至电能存储设备中的电解质，例如液体电解质。此外，需要在宽范围的电池电压下保持电化学稳定的导电底胶涂层，即仍然需要不溶胀、剥离、溶解和/或与电解质反应的导电底胶涂层。该改进的对电解质的抗性的获得期望不应该以干的层的导电性和粘合性为代价。此外，仍然非常需要改进导电涂层(特别是导电底胶涂层)对集流体的粘合性。具有改进的对集流体的粘合性的活性涂层能够在没有底胶的情况下直接施加至集流体，也是期望的。除权利要求和操作实施例，或另外明确表明的地方之外，在描述本专利技术的最宽泛范围时，本说明书中的表示材料的量或反应和/或使用的条件的所有数量均应理解为被措词"约"修饰。在规定的数字范围内的实施是通常优选的；然而，本专利技术的范围包括在这些界限之外的等效值。此外，在整个说明书中，除非明确有相反的说明：百分比、"份"和比例值是以重量或质量计；术语"聚合物"包括"低聚物"、"共聚物"、"三元共聚物"等；作为适合或优选用于与本专利技术有关的给定用途的材料的组或种类的描述意味着该组或种类的成员的任意两种或更多种的混合物也同样适用或优选；化学术语中的组分描述是指，添加至描述中规定的任何组合时或在所述组合物内通过在一种或多种新添加的组分和其它组分添加时已经存在于所述组合物中的一种或多种组分之间的本说明书表明的化学反应原位生成时，且一旦混合不排除所述混合物的组分之间的未指明的化学相互作用的组分；离子形式的组分的说明另外表示存在形成整体所述组合物和添加到所述组合物的任何物质的电中性的足够平衡离子；在可能的情况下，如此含蓄规定的任何平衡离子选自离子形式的明确规定的其它组分；另外，除避免不利地影响本专利技术的目的的平衡离子以外，可自由选择此类平衡离子；措词"摩尔"表示"克摩尔"，所述措词本身以及所有其语法上的变型可用于由其中存在的原子的所有类型和数量限定的任何化学物质，不管所述物质是否是离子的、中性的、不稳定的、假设的、或实际上稳定的具有明确限定的分子的中性物质。为了聚合物的水溶性，溶解度是在25℃下在1大气压下测定的。通常，水溶性聚合物是会与水形成均匀溶液的那些，而水不溶性聚合物会保持为分离有机相形式，这可通过现有技术已知的方法检测出。术语"溶液"、"可溶的"、"均匀的"等应理解为不仅包括真平衡溶液或均匀性，而且包括，在所述材料无机械扰动且将所述材料温度维持在18-25℃范围内期间，在至少100小时或优选至少1000小时的观察时期内，未显示可视觉上察觉的相分离倾向的分散体。在此使用的"导电涂层组合物"包括形成涂层的组合物，其在所述组合物是干的和/或固化的涂层时导电。本领域技术人员将理解，术语"(甲基)丙烯酰基-"是指甲基丙烯酰基-和丙烯酰基-材料，例如(甲基)丙烯酸酯是指丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种导电底胶组合物，其包括包含一种或多种水溶性聚合物的有机聚合物粘结剂，和以选择的百分比与这些聚合物结合的基于磷的酸。本专利技术还提供一种用于包含在导电涂层中的添加剂，该添加剂包括结合有基于磷的酸的水溶性聚合物和任选存在的其它聚合物和组分。根据本专利技术的导电涂层组合物，即底胶或活性涂层组合物，显示出所得到的干底胶或活性涂层对非水电解质、特别是液体非水电解质的改进抗性，所得到的沉积在集流体上的导电涂层的改进粘合性，和具有干导电底胶层和/或干导电活性涂层的导电涂层/集流体组合体的降低、或至少不增加的电阻。所述电能存储设备的非水电解质可包括固体、凝胶和/或液体电解质，其中液体电解质是优选的。非水液体电解质在本领域中理解为表示通常是有机液体、通常包含小于20ppm水的非质子电解质。由于电解质中的水会反应形成HF，因而在电池制造未保持干燥的极端情况下，可存在差不多60ppm-100ppm。期望非水电解质中的水量小于100、50、25、20ppm。优选所述水量不大于1、2、3、4、5ppm，最优选没有水存在于非水电解质中。锂电解质的大多数组合物是基于一种或多种锂盐在两种或更多种溶剂的混合物中的溶液。在一些电能存储设备，例如袋装或棱形电池中，通常使用适合的液体非水电解质，例如其中溶解有盐的液体有机溶剂。适合的有机溶剂的实例包括氟化碳酸酯、碳酸亚乙酯、环状酯、线性酯、环状醚、线性醚等。可用作非水电解质中的溶质的适合的盐是电池和阴极工业中已知的那些，包括例如锂盐。作为非限制性实例，适合的锂盐可包括LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl和LiBr中的一种或多种，和有机锂盐如LiB(C6H5)4、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiOSO2CF3、LiOSO2C2F5、LiOSO2C3F7、LiOSO2C4F9、LiOSO2C5F11、LiOSO2C6F13和LiOSO2C7F15。本专利技术的目的是提供在含有非水电解质的电能存储设备内的集流体上使用的导电底胶组合物，所述导电底胶组合物包含：(a)包含一种或多种水溶性聚合物的有机聚合物粘结剂；(b)包含水的溶剂体系；(c)与至少一种所述水溶性聚合物结合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在含有非水电解质的电能存储设备内的集流体上使用的导电底胶组合物，所述导电底胶组合物包含：(a)包含一种或多种水溶性聚合物的有机聚合物粘结剂；(b)包含水的溶剂体系；(c)与至少一种所述一种或多种水溶性聚合物结合的基于磷的酸，所述基于磷的酸以所述一种或多种水溶性聚合物的总量的0.025‑10.0重量％的范围存在；和(d)导电颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 US 14/087,8451.一种在含有非水电解质的电能存储设备内的集流体上使用的导电底胶组合物，所述导电底胶组合物包含：(a)包含一种或多种水溶性聚合物的有机聚合物粘结剂；(b)包含水的溶剂体系；(c)与至少一种所述一种或多种水溶性聚合物结合的基于磷的酸，所述基于磷的酸以所述一种或多种水溶性聚合物的总量的0.025-10.0重量％的范围存在；和(d)导电颗粒，其中，结合有基于磷的酸的至少一种所述一种或多种水溶性聚合物由至少70重量％的选自以下组的一种或多种单体组成：丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-羟甲基甲基丙烯酰胺、乙烯基甲酰胺和n-羟甲基乙烯基甲酰胺。2.如权利要求1所述的导电底胶组合物，其中结合有亚磷酸的至少一种所述一种或多种水溶性聚合物是共聚物，其中所述一种或多种单体中的至少一部分是丙烯酰胺。3.如权利要求1或2所述的导电底胶组合物，其中所述有机聚合物粘结剂进一步包含一种或多种分散在所述组合物中的水分散性聚合物。4.如权利要求1所述的导电底胶组合物，其进一步包含交联剂。5.一种用于含有非水电解质的电能存储设备的导电涂层组合物，所述导电涂层组合物包含：有机粘结剂；活性材料；分散在所述有机粘结剂中的导电颗粒；不同于所述有机粘结剂的具有基于磷的酸的有机聚合物，所述基于磷的酸以所述有机聚合物的0.05-2.0重量％存在，其中所述有机聚合物包含至少70重量％的选自以下组的一种或多种单体：丙烯酰胺、n-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、n-羟甲基甲基丙烯酰胺、乙烯基甲酰胺和n-羟甲基乙烯基甲酰胺；且以基于所述导电涂层组合物的总干固体重量的0.1-5.0％的范围存在。6.如权利要求1或5所述的组合物，其中所述基于磷的酸选自乙烯基膦酸、乙烯基二膦酸和基于(甲基)丙烯酸的磷酸酯单体中的至少一种。7.如权利要求6所述的组合物，其中所述一种或多种单体包括丙烯酰胺和任选存在的n-羟甲基丙烯酰胺，且所述基于磷的酸的来源包括乙烯基膦酸。8.如权利要求1或5...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·麦吉，J·齐默尔曼，G·T·唐纳森，J·J·科莫福特，A·M·达尔，
申请(专利权)人：汉高股份有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE