System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 具有硬脂酸锂的粉末状橡胶及其作为电极粘结剂的用途制造技术_技高网

具有硬脂酸锂的粉末状橡胶及其作为电极粘结剂的用途制造技术

技术编号:44002267 阅读:1 留言:0更新日期:2025-01-10 20:19
本发明专利技术涉及具有锂盐作为防尘剂的粉末状橡胶及其在电池应用中作为粘结剂的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

锂离子电池由至少两个具有不同极性的导电库仑电极(coulombic electrode)组成:负电极或阳极(通常由石墨制成)和正电极或阴极,隔膜位于这两个电极之间,该隔膜由用基于li+离子阳离子的非质子电解质浸透的电绝缘体组成,从而确保离子导电性。这些锂离子电池中使用的电解质典型地由锂盐例如lipf6、liasf6、licf3so3或lico4组成,该锂盐溶解在非水性溶剂如乙腈、四氢呋喃或更常见的碳酸酯(例如碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯或碳酸丙烯酯)的混合物中。锂离子电池阴极的活性材料允许可逆地将锂离子插入此阴极/从此阴极移出,并且此活性材料在阴极中的质量分数越高,其容量就越高。阴极还必须含有导电化合物如炭黑并且为了为其提供足够的机械内聚力,还必须含有聚合物粘结剂,这也是与集流箔良好粘附所需要的。因此,粘结剂必须与活性材料和导电体两者相互作用,同时保持电化学稳定性和高柔韧性。因此,锂离子电池基于锂离子在电池充电和放电期间在阳极与阴极之间的可逆交换,并且对于非常低的重量,由于锂的物理特性,此种电池具有高能量密度。锂离子电池的阴极通常使用依次包括以下步骤的方法制造:将聚合物粘结剂、活性材料、导电材料和可选地分散剂溶解和/或分散在溶剂中的步骤,将获得的阴极浆料组合物施加在集流体上的步骤,以及然后最后将此溶剂蒸发的步骤。将聚合物粘结剂分散在阴极浆料组合物中,以改善阴极活性材料之间的粘着性以及阴极活性材料与集流体的粘附性。同时,聚合物粘结剂有助于分散导电材料。聚合物粘结剂的电解质保持能力改善了电池特征。在充电-放电过程期间,锂离子被加载和卸载到活性材料中。由于锂离子的这种移动,可能发生阴极和阳极材料的膨胀和扩张。因此,对于锂离子电池,非常希望使用弹性材料作为粘结剂,以使活性材料在使用期间能够灵活移动,而不会从集流体上脱层或形成裂纹。不幸的是,高度结晶的粘结剂可能太硬而不能移动,并且将优选橡胶型粘结剂。聚合物粘结剂是电极的重要部分,并且用于帮助将活性材料和导电材料分散在阴极浆料组合物中,以在阴极制备期间使这些材料在浆料中稳定,并且使平滑的阴极具有明确的孔结构。在使用期间,阴极的内聚性及其与集流体的粘附性至关重要,并且受到所用粘结剂的类型和其聚合物相应功能部分的强烈影响。粘附性和内聚性是聚合物粘结剂的关键特性,这决定了锂离子电池的最终性能,尤其是长期性能。良好的聚合物粘结剂保证活性材料和导电材料的均匀分散以及与金属集流体的稳定结合。可以使用许多类型的聚合物粘结剂,然而传统的使用氟化聚合物的电极正在发生逐渐转变,这些氟化聚合物基于容易与在高操作电压下操作的阴极兼容并且以粉末状形式可得的pvdf(聚偏氟乙烯)或pvdf与各种其他聚合物粘结剂(例如羧甲基纤维素(cmc)、苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)、氢化丁腈橡胶(hnbr)或聚丙烯酸(paa))的混合物。pvdf是锂离子电池中最广泛使用的聚合物粘结剂,因为它展现出电化学稳定性、结合强度和低热降解性。由于其高结晶度水平,pvdf在典型的用于锂离子电池的电解质中提供高电阻。然而,pvdf的低柔韧性可能无法满足对阴极的要求,因为在需要柔性电极时,或者在阴性活性材料在循环期间发生持久的膨胀/收缩过程时,以及在需要更高的粘附力来减少阴极中的总粘结剂量时,阴极活性材料与导电材料之间的结合发生断裂。其他无氟聚合物粘结剂(如hnbr)尚无法以任何粉末状形式提供,因而不便于电池更容易地进行加工。此外,偶尔发生的电池火灾引起了一些关注,尤其是对于自发火灾的风险和由此类火灾产生的高热。虽然火灾本身及其产生的热量在许多情况下可能是严重的威胁,但在某些情况下,与由故障的锂离子电池产生的气体和烟雾排放有关的风险可能是更大的威胁,尤其是在有人的密闭环境中,如在飞机、潜艇、矿井、航天器或装有电池储能系统的家庭中。在高温下,电池的零件(如电极中的聚偏氟乙烯(pvdf)粘结剂)可能会形成有毒气体如氟化氢(hf)。许多研究也集中在阴极活性材料优化方面,以提高锂离子电池电化学特性,而过去对阴极的非电活性组分如聚合物粘结剂的研究进展则关注较少。然而,最近的趋势是开发基于典型的阴极活性材料的新型电极组合物,以用具有良好粘附性和内聚性以及高容量保持率的聚合物粘结剂替代含氟聚合物粘结剂如pvdf,以获得长寿命的电池。ep 3 283 538涉及含有至少一种丁腈橡胶和至少一种分离剂的粉状混合物,这些粉状混合物的特征在于指定的平均粒径。所述混合物具有特别低的排放水平并且极其适合于生产用于室内应用的材料和组分。具有低排放水平的粉状混合物是通过使用特定分子量改性剂获得的。在该专利技术中总结了不同的防尘剂,然而,没有提及任何含锂盐的用途,也没有提及粉末状橡胶在任何电池应用中的用途。ep 3 902 855涉及基于特殊的预交联的丁腈橡胶和至少一种脱模剂的粉末状混合物,进一步涉及一种用于从这些粉末状混合物生产可硫化的混合物以及硫化橡胶的方法以及所获得的这些硫化橡胶及其用途、尤其是在轮胎胎面中的用途。通过在丁腈橡胶的聚合中使用特定的三官能团丙烯酸酯交联剂,可以使用标准的防尘剂如二氧化硅或ca盐从那些丁腈橡胶制备出粉末状橡胶。当使用那些粉末状丁腈橡胶作为轮胎胎面中的添加剂时,可以改善轮胎的湿抓地力。在该专利技术中总结了不同的防尘剂,没有提及任何含锂盐的用途,也没有提及那些粉末状橡胶在任何电池应用中的用途。ep 3 900 086涉及一种用于锂离子电池的电池单元阴极的电极组合物,该电极组合物包含含环氧基的无氟共聚物;一种包含该电极组合物的阴极浆料组合物;一种阴极;一种用于制造此阴极的方法;以及一种具有一个或多个并入此阴极的电池单元的锂离子电池。这些含环氧基团的无氟共聚物是nbr或evm聚合物。没有描述将那些橡胶转化成粉末,或粉末状橡胶在电池应用中的用途。然而,迄今为止尚未发现适用于含li阴极活性材料的适当的粉末状聚合物粘结剂,以提供用于锂离子电池的电池单元阴极的电极组合物,这些电极组合物适用于电池应用并且还显示出相对于标准pvdf粘结剂的改进。因此,本专利技术的一个目的是提供一种用于锂离子电池的阴极的电极组合物,该电极组合物克服了一些或所有上述缺点。本专利技术的一个目的是提供这样的电极组合物,其可以用于提供与包含标准pvdf粘结剂的阴极相比具有改善的特性的阴极。出人意料地,发现硬脂酸锂作为用于弹性体的防尘剂,导致得到自由流动的粉末状橡胶,这些橡胶还显示出良好的电极加工性能和在典型的电池溶剂中的快速溶解性。此外,所使用的防尘剂可以充当牺牲阳极,从而导致得到改善的电池性能。通过筛选和评价不同防尘剂及其在制备粉末状聚合物粘结剂中的用途,出人意料的是,锂盐被确定为用于电池应用的新的防尘剂。通过使用那些锂盐作为新防尘剂,可以获得自由流动的聚合物粉末,并且在电池应用测试中,与标准pvdf粘结剂相比,不同聚合物粉末都保持了阴极板更高的粘附力。此外,相对于非本专利技术聚合物粉末或甚至非粉末状橡胶样品,放电比容量衰减得到改善。假设所添加的锂盐可以用作电池中的牺牲阳极,从而导致得到更好的容量保持率。


技术介绍


技术实现思路

1、本专利技术的目的已经通过提供一种弹性体粉状混合物来实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种弹性体粉状混合物,其包含

2.根据权利要求1所述的粉状混合物,其具有如通过使用激光扩散器测定的至少100μm的粒度分布D90。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的粉状混合物,其中,该丁腈橡胶共聚物(b)是可选地完全或部分氢化的羧化丁腈橡胶(XNBR)。

4.根据权利要求1至4中任一项所述的粉状混合物,其中,该乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(a)和/或该丁腈橡胶共聚物(b)具有在100℃下根据DIN 53523/3或ASTM D 1646通过剪切盘式粘度计测定的≥25门尼单位(MU)的门尼粘度(ML(1+4)100℃)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的粉状混合物,其额外地包含含环氧基的无氟共聚物,该含环氧基的无氟共聚物包含衍生自一种或多种具有通式(I)的含环氧基单体的重复单元

6.一种阴极浆料组合物,其包含

7.根据权利要求6所述的阴极浆料组合物,其中,所述至少一种阴极活性材料包含具有下式1的化合物:

8.根据权利要求6或7所述的阴极浆料组合物,其中,该至少一种导电材料选自由以下组成的组:炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和夏黑,天然和人造石墨、膨胀石墨,导电纤维如碳纤维和金属纤维,金属粉末如氟化碳、铝粉和镍粉,以及碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯,以及它们的混合物。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的阴极浆料组合物,其中,该至少一种导电材料以基于该阴极浆料组合物的总固体重量按重量计0.5%至50%的量存在。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的阴极浆料组合物,其中,该至少一种溶剂包括环状脂肪烃、芳香烃、酮、氯基脂肪烃、酯、丙烯腈、醚、醇、腈或酰胺,优选甲乙酮、甲苯和/或N-甲基吡咯烷酮。

11.一种阴极,该阴极包括集流体和阴极活性材料层,其中该阴极活性材料层包含根据权利要求1至5中任一项所述的粉状混合物和导电材料。

12.根据权利要求11所述的阴极,其中,该集流体选自由以下组成的组:铁,铜,铝,镍,烧结碳,不锈钢,在其表面上用碳、钛、钽、金、铂、钛或银处理的不锈钢;铝镉合金、在其表面上用导电材料处理的非导电聚合物;导电聚合物或包含Ni、Al、Au、Ag、Pd、Cr、Ta、Cu或Ba的金属粉末的金属膏。

13.一种锂离子电池,该锂离子电池包括至少一个电池单元,该至少一个电池单元包括阳极、根据权利要求11或12所述的阴极、隔膜以及基于锂盐和有机溶剂的电解溶液。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的粉状混合物在用于电池的电池单元阴极的电极组合物中作为粘结剂的用途。

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种弹性体粉状混合物,其包含

2.根据权利要求1所述的粉状混合物,其具有如通过使用激光扩散器测定的至少100μm的粒度分布d90。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的粉状混合物,其中,该丁腈橡胶共聚物(b)是可选地完全或部分氢化的羧化丁腈橡胶(xnbr)。

4.根据权利要求1至4中任一项所述的粉状混合物,其中,该乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(a)和/或该丁腈橡胶共聚物(b)具有在100℃下根据din 53523/3或astm d 1646通过剪切盘式粘度计测定的≥25门尼单位(mu)的门尼粘度(ml(1+4)100℃)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的粉状混合物,其额外地包含含环氧基的无氟共聚物,该含环氧基的无氟共聚物包含衍生自一种或多种具有通式(i)的含环氧基单体的重复单元

6.一种阴极浆料组合物,其包含

7.根据权利要求6所述的阴极浆料组合物,其中,所述至少一种阴极活性材料包含具有下式1的化合物:

8.根据权利要求6或7所述的阴极浆料组合物,其中,该至少一种导电材料选自由以下组成的组:炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和夏黑,天然和人造石墨、膨胀石墨,导电纤维如碳纤维和金属纤维,金属粉末如氟化碳、铝粉和镍粉,以及碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员:斯文·布兰道苏珊娜·利伯
申请(专利权)人:阿朗新科德国有限责任公司
类型:发明
国别省市:

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