[發明專利]基于聚氨酯的電極粘結劑組合物及其用于電化學電池的電極

有效

• 申請號: 201280053211.0
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN103999274B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: T·戈;盧啟威;曹飛娜
• 申請（專利權）人: 路博潤高級材料公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 孫悅

背景技術

本發明涉及一種電極粘結劑組合物，一種使用所述粘結組合物制造的電極，及一種使用所述電極制得的電化學電池，其中所有的這些材料均使用聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物的組合物制造。該電極使用所述熱塑性聚氨酯及電極活性材料制造。該電化學電池可使用所述電極，并使用以下制造：(i)使用所述聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物制得的隔膜和/或間隔體；(ii)基于所述聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物的電解質體系；或(iii)其組合。

隨著便攜電子設備，如PDA、手機和便攜式電腦的供給增加，其使用范圍也不斷擴大。因而，更小、更輕、更薄且具有高性能的電池作為電源的需求也增加了，所以，對電池進行了大量研究。由于鋰電池重量輕且能量密度較高，所以其已被作為此種便攜式設備的主要電源。需要改進電化學電池的整體性能，因此，需要改進組成電化學電池的組件。

用于鋰電池的陰極活性材料可包括含Li的過渡金屬氧化物，如LiCoO₂，LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及硫族元素化合物，如MoS₂。由于這些化合物具有層-結晶結構，所以，Li離子可以被可逆地插入或抽出。因而，這些化合物已被廣泛地作為用于鋰電池的陰極活性材料。

金屬鋰可被作為陽極活性材料。然而，鋰的鋰離子被插入或抽出。因為在電池充電/放電期間，鋰會反復地溶解和沉淀，所以針形鋰枝晶在鋰表面上生長。針形枝晶具有較低的充電/放電效率，且會因接觸陰極而造成內部短路。另外，鋰金屬在這些應用中由于其對氧及水分的反應性而非常不穩定。

為了解決這些問題，現正考慮使用可將Li離子能可逆地插入及抽出的鋰合金、金屬粉、石墨或碳材料、金屬氧化物或金屬硫化物作為陽極材料。然而，在將由鋰合金所制成的片形陽極用于電池時，片形合金在充電/放電期間變薄，因而降低電流收集性質。因此，充電/放電特征劣化。

在片形電極是由金屬粉、碳材料、金屬氧化物或金屬硫化物粉末制造時進一步使用粘結劑，因為這些材料自身以粉末形式無法形成電極。例如在使用碳材料制造陽極時，經常添加彈性橡膠類聚合物材料作為粘結劑。

在使用金屬氧化物或金屬硫化物制造陽極時，除了粘結劑，也添加導電劑以改進充電/放電特性。通常在使用碳材料制造陽極時，碳材料被粉碎成粉末且添加粘結劑。然而，如果使用常規的橡膠類聚合物材料作為粘結劑，則根據粘結劑的用量來涂覆石墨粒子，因而阻礙鋰離子的插入及抽出，且高效率放電特性劣化。

如果單獨使用常規粘結劑，不管碳質材料的種類及形式為何均應添加大量粘結劑，因為金屬芯材料與常規粘結劑之間的粘結力微弱。然而，在添加大量粘結劑以強化粘結力時，碳材料的表面被粘結劑涂覆。因此，高效率放電特性劣化。相反地，如果使用少量粘結劑以維持放電特性，則無法容易地制造片形電極，因為電極板用的材料與芯材料分離。此外，制造電極板的失敗比例增加。

因此，現在需要可用于電極的粘結劑使生成電極表現至少如同常規電極，以解決一個或多個的在此所述問題。換言之，現在需要改進電極粘結劑、由此粘結劑制得的電極、及使用一個或多個的此種電極的電化學電池，以解決在目前替代品中所遭遇的問題。

發明內容

本發明涉及一種電極粘結劑組合物，其是使用聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物，任選地進一步包含導電劑、有機溶劑或它們的組合物而制得。本發明還包括以所述聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物制備電極粘結劑組合物的用途，及由其制造得到的電極。

本發明還提供一種電化學電池電極，其包含：(A)包含聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物的電極粘結劑組合物，及(B)電極活性材料，及其中該電極任選地進一步包含導電劑、有機溶劑或它們的組合。該電極可為電化學電池例如鋰電池用的片形電極。

本發明進一步涉及一種包含至少一個電極的電化學電池，其中，該電極包含：(A)包含聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物的電極粘結劑組合物，及(B)電極活性材料，及其中該電極任選地進一步包含導電劑、有機溶劑或它們的組合。

對于所述電話學電池，本發明進一步提供以下：(i)使用所述聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物制得的該電池的隔膜和/或間隔體；(ii)該電池的電解質體系包括分散于使用所述聚(二亞烷基酯)熱塑性聚氨酯組合物制得的聚合物支撐結構中的電解質活性物質；或(iii)它們的組合。