[發明專利]用于形成電極的組合物

在審

• 申請號: 201280055698.6
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN103931026A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: P.科喬卡魯;R.皮伊里;M.阿波斯托洛
• 申請（專利權）人: 索爾維特殊聚合物意大利有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/485
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;林森

相關申請之交叉參考

本申請要求于2011年9月13日提交的歐洲專利申請號11181048.7的優先權，該申請的全部內容出于所有的目的通過引用結合在此。

技術領域

本發明涉及用于形成電極的組合物、其制造方法、其用于制造電極的用途，及由其衍生的電極。

背景技術

偏二氟乙烯(VDF)聚合物在此項技術中是已知的適合作為粘合劑以制造用于非水型電化學裝置中的電極，這些非水型電化學裝置諸如為電池、優選二次電池及雙電層電容器。

總體而言，用于制造電極的技術涉及使用諸如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的有機溶劑以用于溶解VDF聚合物粘合劑，且將它們與一種粉狀電極材料及其他所有適合的成分一起勻化來產生欲施用至金屬捕集器的糊劑。

有機溶劑的作用典型地在于溶解VDF聚合物以便使粉狀電極材料顆粒在有機溶劑蒸發時彼此粘合在一起且粘合在金屬捕集器上。

然而最近，人們追隨以下方法，其中通常避免使用有機溶劑以便確保更環境友好的技術，且已經提出水基(waterborne)解決方案。

例如，2006年5月11日US2006/0099505(索尼公司)披露了一種用于制造電池陽極的方法，該方法包括使用一種陽極混合物漿料，該漿料是通過在分散介質中分散顆粒狀陽極活性材料及顆粒狀粘合劑而制備，該顆粒狀粘合劑含有以下組中的至少一種，該群組是由偏二氟乙烯(VDF)的均聚物及共聚物所組成，該分散介質對于粘合劑的溶脹度為10％或更少。優選地，分散介質為水。

同樣，2010年12月2日US2010/0304270(阿科瑪公司(ARKEMA?INC.))值得注意地披露了水基用于形成電極的組合物，該組合物除其他之外包括偏二氟乙烯(VDF)聚合物顆粒及粉狀電極材料，這些粉狀電極材料值得注意地包含：

在負電極時，碳質材料、納米鈦酸鹽或能被摻雜鋰離子的其他基質；及

在正電極時，鋰及/或過渡金屬(包含Co、Mn、Al、Ti、Ni、Fe...)的氧化物、硫化物或氫氧化物。

然而，陰極材料總體而言對水分/濕度敏感，例如，由于陰極材料能溶解于水中，及/或可能的水解現象，直到該材料完全分解，以致使最終電極效能受到負面影響。因此，當溶解度和/或分解存在爭議時，由于在電極本身的制造過程中不可避免的存在水分進入，在典型操作的高溫條件下水分會攻擊活性材料，使得用于制造電極之水基途徑可能導致較差的最終電池效能或甚至可能是一種完全不切實際的解決方案。

因此，能夠在二次電池中提供優良效能且不會因為濕度/水分而對活性電極材料產生負面影響的含水的用于形成電極的組合物的領域仍存在不足。

另一方面，已知多種技術，這些技術涉及正(陰極)電極材料之涂覆或電鍍以用于改良其在鋰電池中的性能，包含其中使用這些技術來調配包含聚偏二氟乙烯(PVDF)粘合劑的陰極之實施方式。用于包含該額外涂層的基本原理經常是調節導電性，使高溫下的氧損失減至最少(并因而使電池爆炸故障減至最少)，通過與電解溶液的相互作用來限制該材料的溶解等等。此類披露內容的實例在下文中進行了簡要概述。

1996年5月31日文件JP8138670(東芝公司)披露了LiNiO₂顆粒在其表面具有包括一種額外元素的層，該額外元素的濃度高于芯中的濃度，該元素是選自除Li之外的堿金屬、堿土金屬、除Ni之外的過渡金屬、第III族元素、第IV族元素、第V族元素或硫屬元素。此層被傳授為增加LiNiO₂芯的晶體結構的穩定性，以使得相應鋰電池的循化效能(cyclability)得以提升。如上所述的核-殼顆粒是獲得自氫氧化物或其他前體混合物的熱燒結：由于LiNiO₂晶格的形成，優選地，該額外成分以氧化物的形式被濾出至表面上。所例證的實施方式使用B、Al、Si、P、Mn、Co、Fe、Zn、Ga。作為粘合劑，尤其提及PVDF、PTFE、EPDM。

1999年1月22日文件JP11016566(日立公司)披露了一種陰極材料(或陰極組件)，其覆蓋有一種具有優良攝氧能力的金屬或金屬化合物。所解決的問題是通過以一種金屬(或金屬氧化物)包圍該陰極活性材料來控制電池的點火及爆炸，該活性材料在過充電或過熱條件下可能生成氧氣，該金屬(或金屬氧化物)能夠反應且捕獲該氧氣。該金屬是選自Ti、Al、Sn、Bi、Cu、Si、Ga、W、Zr、B、Mo。電極制造是使用PVDF作為粘合劑。