[發明專利]具有聚醚-硅氧烷共聚物作為粘合劑的Li離子電池的電極

在審

• 申請號: 201310648413.6
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103943818A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 彼得·吉格萊爾;斯特凡·豪菲;于爾根·施托雷爾
• 申請（專利權）人: 瓦克化學股份公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/62;C08G77/46
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;王玉桂

技術領域

本發明涉及用于Li離子電池的電極，所述電極包括由聚醚單元和硅氧烷單元組成的交聯的聚醚-硅氧烷共聚物作為粘合劑。

背景技術

用于Li離子電池的更高性能的電極材料，尤其是負極材料的發展，同時需要相容性粘合劑體系的發展。由于用于石墨電極的PVDF的化學不穩定性，因此其不適合用于含Si電極。這反映在不良的電化學循環行為中。

已經將能夠在水性介質中處理的粘合劑體系，例如Na-CMC、聚乙烯醇或丙烯酸酯描述為替換物（備選方案）。由于它們對于鋰化（負載）活性物質例如Li-硅化物、或通常用于處理的質子溶劑的反應性，因此它們不適合用于處理Li負載的活性物質。

US2012/0153219描述了含硅氧烷的粘合劑的用途。尤其是給出了包含Si-H基團且具有柔性聚醚側鏈的硅氧烷的描述，其在一端鍵合并借助于雙官能聚醚單元通過在另外的工藝步驟中的氫化硅烷化交聯。由于它們的遷移率，可以認為在一端鍵合的聚醚側鏈使Li離子轉移。

與常規使用的PVDF相比，US2012/0153219中描述的未交聯的粘合劑在Si負極中顯示出顯著改善的循環行為。US2012/0153219中描述的粘合劑的主要缺點是包含Si-H基團的側鏈改性的硅氧烷的制備，所述制備早于實際的交聯并代表了另外的工藝步驟。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以以簡單的方式制備的電化學和化學穩定的粘合劑體系。

本發明提供了一種用于Li離子電池的電極，所述電極包括交聯聚醚-硅氧烷共聚物（V）作為粘合劑，所述共聚物可以通過具有一般通式（1）的硅氧烷大分子單體（macromers）（S）借助于每分子包含至少兩種烯基基團的聚醚大分子單體（P）和可選的包含烯基基團的另外的化合物（其他化合物）（W）的交聯而制備，其中由一個烯丙基官能化的聚乙二醇從所述化合物（W）中排除，

H_aR¹_bSiO_(4-a-b)/2????（1），

其中，

R¹是單價、SiC-鍵合的C₁-C₁₈烴基，所述烴基不含脂族碳-碳多鍵，并且

a和b是非負整數（正整數），

條件是0.5<(a+b)<3.0且0<a<2，并且每分子存在至少兩個硅鍵合的氫原子。

具體實施方式

交聯的聚醚-硅氧烷共聚物（V）高度適合作為Li離子電池中的電極粘合劑并且可以通過硅氧烷大分子單體（S）借助于聚醚大分子單體（P）和可選的另外的化合物（W）的交聯而在僅一個工藝步驟中共聚。

出乎意料地，已經發現需要另外的制備步驟的柔性聚醚側鏈諸如在US2012/0153219中的那些不是必要的。電解質中的天然溶脹性足以用于離子傳導。

交聯的聚醚-硅氧烷共聚物（V）顯示出高的電化學穩定性并且對于還原劑，尤其是對于硅化鋰是穩定的，并且因而也適合用于含Si的負極。此外，硅氧烷大分子單體（S）和聚醚大分子單體（P）同樣是穩定的，這使得可以使用Li負載的活性物質諸如硅化鋰。

優選地，在活性物質以及另外的電極組分存在的情況下，通過交聯硅氧烷大分子單體（S）和聚醚大分子單體（P）以及可選的化合物（W）來生產電極。

優選通過交聯選自直鏈、支鏈、環狀和三維交聯的聚硅氧烷的硅酮大分子單體（S）來制備交聯的聚醚-硅氧烷共聚物（V）。

通式（1）中的基團R¹的實例是烷基基團，如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、新戊基、叔戊基基團，己基基團，如正己基基團，庚基基團，如正庚基基團，辛基基團，如正辛基基團和異辛基基團，如2,2,4-三甲基戊基基團，壬基基團，如正壬基基團，癸基基團，如正癸基基團；環烷基基團，如環戊基、環己基、4-乙基環己基、環庚基基團、降冰片基基團和甲基環己基基團；芳基基團，如苯基、聯苯基、萘基基團；烷芳基基團，如鄰-、間-、對-甲苯基基團和乙基苯基基團；芳烷基基團，如芐基基團、α-和β-苯乙基基團。

R¹優選具有1至6個碳原子。特別優選的是甲基和苯基。

優選的是使用每分子包含三個或更多個SiH鍵的硅氧烷大分子單體（S）。當使用每分子具有僅兩個SiH鍵的硅氧烷大分子單體（S）時，適當的是使用每分子具有至少三個烯基基團的聚醚大分子單體（P）。