用于锂离子电存储器件的电极粘合剂和浆料组合物制造技术

本发明专利技术提供了一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团。本发明专利技术还提供了浆料组合物、电极和电存储器件。电极和电存储器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电存储器件的电极粘合剂和浆料组合物
[0001]政府支持通告
[0002]本专利技术是在政府支持下根据能源部授予的第DE
‑
EE0006250号政府合同进行的。美国政府享有本专利技术的一定权利。


[0003]本专利技术涉及可用于制造用于电存储器件(如电池(battery))的电极的含氟聚合物粘合剂和浆料组合物。

技术介绍

[0004]子行业中存在生产由较小且较轻的电池供电的较小器件的趋势。具有如含碳材料之类的负电极和如金属锂氧化物之类的正电极的电池可提供相对较高功率和相对较低重量。
[0005]已经发现，如聚偏氟乙烯之类的含氟聚合物由于其优异的电化学电阻而成为用于形成用于电存储器件的电极的有用粘合剂。通常，将含氟聚合物溶解在有机溶剂中，且将电极材料与PVDF溶液结合形成浆料，浆料被涂覆到金属箔或金属网上以形成电极。有机溶剂的作用是溶解含氟聚合物，以便在有机溶剂蒸发时在电极材料颗粒和金属箔或金属网之间提供良好的粘附性。目前，选择的有机溶剂是N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP)。溶解在NMP中的PVDF粘合剂提供了优异的粘附性和电极组合物中所有活性成分的互连性。所结合的成分能够在不失去在电极内互连性的情况下耐受充电和放电循环期间的大容量扩张和收缩。在电池性能中，尤其在充电和放电循环期间，电极中活性成分的互连性极为重要，因为电子必须移动通过电极，并且锂离子迁移率需要电极内粒子之间的互连性。不幸的是，NMP是一种有毒物质，存在健康和环境问题。
[0006]已经开发了NMP的替代技术。然而，为了使所述替代技术有用，它们必须与当前的制造实践兼容，并提供中间产品和最终产品期望的特性。一些常见标准包括：a)具有足够保质期的含氟聚合物分散体的稳定性，b)将电化学活性粉末和/或导电粉末与分散体混合后的浆料的稳定性，c)浆料的适当粘度，以促进良好的应用性能，d)电极内的充分互连性，以及e)粘合剂的足够耐久性，以便将所得电极涂层涂覆到电池中的电解质上。
[0007]因此，本专利技术的目的是使用满足这些标准的N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮的替代品来提供稳定的含氟聚合物粘合剂组合物分散体。粘合剂组合物可用于制备电极成型浆料组合物，以生产具有互连性和耐久性的高质量电极，用于电池和其他电存储器件。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团。
[0009]本专利技术还提供了一种浆料组合物，所述浆料组合物包含一种粘合剂组合物，所述
粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团；电化学活性材料；和液体介质。
[0010]本专利技术进一步提供了一种浆料组合物，所述浆料组合物包含一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团；导电剂；和液体介质。
[0011]本专利技术还提供了一种电极，所述电极包含(a)集电流体；以及(b)在所述集电流体上形成的薄膜，其中，所述薄膜是由一种浆料组合物沉积而成的，所述浆料组合物包含一种粘合剂组合物，该粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团；电化学活性材料；和液体介质。
[0012]本专利技术还提供一种电存储器件，所述电存储器件包含(a)本专利技术的电极；(b)对电极；和(c)电解质。
具体实施方式
[0013]本专利技术涉及一种粘合剂组合物，其包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接全氟聚醚段和非氟化段的连接基团。
[0014]本专利技术的粘合剂组合物可用于配制一种除了其他可选组分之外还包含粘合剂组合物的浆料组合物。粘合剂组合物的组分可作为浆料组合物的粘合剂。根据本专利技术，粘合剂组合物包含一级含氟聚合物。一级含氟聚合物包含
[0015]有包含偏氟乙烯的残基的(共)聚合物。包含偏氟乙烯的残基的(共)聚合物的非限制性实例是聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)。如本文所用，“聚偏氟乙烯聚合物”包括均聚物、共聚物，如，二元共聚物和三元聚合物(包括高分子量均聚物)、共聚物和三元聚合物。此类(共)聚合物包括这些至少含有50摩尔百分比的聚合物，如至少含有75摩尔％，至少含有80摩尔％，以及至少含有85摩尔％的偏氟乙烯(也被称为偏二氟乙烯)的残基。偏氟乙烯单体可与选自由以下组成的至少一种共聚单体：四氟乙烯、三氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚和任何其他容易与偏氟乙烯共聚的单体，以产生本专利技术的一级含氟聚合物。一级含氟聚合物还可以包含PVDF均聚物。
[0016]一级含氟聚合物可包含重均分子量为至少50,000g/mol，例如至少100,000g/mol，且可在50,000g/mol至1,500,000g/mol，如100,000g/mol至1,000,000g/mol的范围内的高分子量PVDF。PVDF可在市场上买到，例如，从阿科玛(Arkem)(商标为KYNAR)购得，从索尔维公司(Solvay)(商标为HYLAR)购得，以及从内蒙古三爱富万豪氟化工有限公司(Inner Mongolia 3F Wanhao Fluorochemical Co.,Ltd.)购得。
[0017]一级含氟聚合物可包含纳米颗粒。如本文所用，术语“纳米颗粒”是指粒径小于1,000纳米的颗粒。一级含氟聚合物的粒径可能至少为50nm，如至少为100nm，如至少为250nm，如至少为300nm，也可能不超过900nm，如不超过600nm，如不超过450nm，如不超过400nm，如不超过300nm，如不超过200nm。一级含氟聚合物纳米颗粒的粒径可能为50nm至900nm，如
100nm至600nm，如250nm至450nm，如300nm至400nm，如100nm至400nm，如100nm至300nm，如100nm至200nm。如本文所用，术语“粒径”是指一级含氟聚合物颗粒的平均直径。本公开中提及的粒径通过以下程序确定：通过将主要含氟聚合物分散到附着于铝扫描电子显微镜(SEM)短截线上的一段碳带上来制备样品。用压缩空气将多余的颗粒吹离碳带。然后用Au/Pd溅射涂覆样品20秒，然后在高真空下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含(a)一级含氟聚合物；和(b)与所述一级含氟聚合物不同的二级含氟聚合物，其中，所述二级含氟聚合物包含至少一个全氟聚醚段、至少一个非氟化段、以及连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的连接基团。2.根据权利要求1所述的粘合剂组合物，其中，所述连接基团包含连接所述全氟聚醚段和所述非氟化段的氨基甲酸乙酯连接基团。3.根据权利要求1或2所述的粘合剂组合物，其中，所述二级含氟聚合物包含羟基官能的全氟聚醚的残基和异氰酸基官能的非氟化化合物的残基。4.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述二级含氟聚合物包含至少一个活性氢官能团。5.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述二级含氟聚合物包含至少一个羟基官能团。6.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述二级聚合物还包含聚氟聚醚段。7.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述二级含氟聚合物具有100至10,000g/mol，如100至9,000g/mol、如100至7,500g/mol、如100至6,000g/mol、如500至10,000g/mol、如500至9,000g/mol、如500至7,500g/mol、如500至6,000g/mol、如500至3,000g/mol、如500至1,800g/mol、如1,000至10,000g/mol、如1,000至9.000g/mol、如1,000至7,500g/mol、如1,000至6,000g/mol、如1,000至3,000g/mol、如1,000至1,800g/mol、如1,200至10,000g/mol、如1,200至9,000g/mol、如1,200至7,500g/mol、如1,200至6,000g/mol、如1,200至3,000g/mol、如1,200至1,800g/mol的重均分子量。8.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，非氟化段与全氟聚醚段的比率为0.5:1至100:1，如0.5:1至5:1，如0.5:1至4:1，如0.5:1至3:1，如0.5:1至2.5:1，如0.5:1至2:1，如0.5:1至1.5:1，如0.5:1至1:1，如1:1至100:1，如1:1至5:1，如1:1至4:1，如1:1至3:1，如1:1至2.5:1，如1:1至2:1，如1:1至1.5:1，如1.5:1至100:1，如1.5:1至5:1，如1.5:1至4:1，如1.5:1至3:1，如1.5:1至2.5:1，如1.5:1至2:1，如2:1至100:1，如2:1至5:1，如2:1至4:1，如2:1至3:1，如2:1至2.5:1，如2.5:1至100:1，如2.5:1至5:1，如2.5:1至4:1，如2.5:1至3:1，如3:1至100:1，如3:1至5:1，如3:1至4:1，如4:1至100:1，如4:1至5:1，如5:1至100:1。9.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述二级含氟聚合物包含以下结构：其中，每个R独立地包含烷基、芳基、环烷基或环芳基，n为1至500的整数，并且每个R
F
独立为(CF2)
m
，其中m是1或2。10.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述一级含氟聚合物包含有包含偏氟乙烯的残基的(共)聚合物。11.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述一级含氟聚合物包含
聚偏氟乙烯聚合物。12.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其进一步包含分散剂。13.根据权利要求12所述的粘合剂组合物，其中，所述分散剂包含加成聚合物。14.根据权利要求13所述的粘合剂组合物，其中，所述加成聚合物包含(甲基)丙烯酸聚合物，所述(甲基)丙烯酸聚合物包含有包含甲基丙烯酸甲酯的残基的结构单元。15.根据权利要求14所述的粘合剂组合物，其中，所述(甲基)丙烯酸聚合物还包含结构单元，所述结构单元包含有包含杂环基团的烯键式不饱和单体的残基。16.根据前述权利要求12至15中任一项所述的粘合剂组合物，其中，所述分散剂是自交联的。17.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，其中，浆料组合物还包含交联剂。18.根据前述权利要求中任一项所述的粘合剂组合物，还包含液体介质。19.根据权利要求18所述的粘合剂组合物，其中，所述粘合剂分散在所述液体介质中。20.根据权利要求18或19所述的粘合剂组合物，其中，所述液体介质包含有机介质。21.根据权利要求20所述的粘合剂组合物，其中，所述有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹鹏飞，周宏英，S，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：