[發明專利]用于電化學電池電極的離子交聯聚合物

在審

• 申請號: 201810787207.6
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN109037682A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 李明慧;黃沛屾;任東;方艷;沈赟;于英超
• 申請（專利權）人: 浙江林奈新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明一般涉及電化學電池材料，例如用于鋰離子電池等電池的材料。例如，本發明的某些實施例提供了一種用于制備電化學電池電極的水性漿料或水性漿料組合物。某些實施例中，漿料包括離子交聯聚合物，粘結劑，導電添加劑，電活性材料和水的組合。在一些實施例中，所述離子交聯聚合物包括聚合物主鏈，一個或多個陰離子取代基(其可以位于主鏈和/或一個或多個側基中)以及一個或多個陽離子。

技術領域

本發明一般涉及電化學電池材料及方法，用于鋰離子電池等電池及其他用途

背景技術

目前，電池電極制備需要將常規的鋰離子粘結劑(例如聚偏二氟乙烯；

(PVDF))用有機溶劑溶解，用粉末狀電極材料和導電劑使溶液均勻化，然后將該漿料應用于金屬集流體材料上，例如鋁或銅。當溶劑蒸發時，有機溶劑可將粉末狀電極顆粒彼此結合，并與集流體結合。最廣泛應用的電極材料(例如鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰，鎳鈷鋁酸鋰和碳基陽極)在水性環境中不穩定，必須使用有毒且易燃的有機溶劑。電池工業上，最普遍應用的有機溶劑是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

NMP具有高危險性，容易通過皮膚吸收，并且在暴露時會刺激眼睛，皮膚，鼻子和喉嚨。毒理學研究表明，NMP損壞雄性和雌性實驗動物的生殖系統，妊娠動物暴露于NMP后，表現出胎兒發育異常。長期過量接觸NMP影響中樞神經系統，并且會導致疲勞，失眠，協調不良，注意力集中困難，短期記憶喪失以及抑郁，焦慮和易怒等精神/人格障礙等癥狀。由于它的致癌的和誘導有機體突變的特性，歐洲化學品局已經評定NMP的健康風險等級為“極高關注”。加州公共衛生部已經修訂了“健康危害咨詢準則”，為那些使用NMP的人們設定了允許的接觸限值。作為有機溶劑，NMP是易燃的，閃點是95℃，這使它在生產過程中成為火災隱患。考慮與使用NMP有關的的環境和安全問題，迫切需要避免使用有機溶劑的技術。

水基技術被認為是電極制造中涉及NMP的步驟的一種替代方法。水被認為是最有前景的溶劑候選，因為它是環保的和極便宜的。用去離子水替代價格昂貴的NMP，將大大減少電極制造在材料和間接費用方面的成本，因為用水性系統制造電極時所需的安全預防措施較少。

使用水作為溶劑/分散劑能夠降低生產成本，在易燃性、環境影響和人類健康方面大大提高生產安全性。然而，不確定如何在水中成功的分散材料阻礙了電極生產的水處理的實施。由于粒子間相互作用很強，以及陰極分散在鋁箔集流體上的潤濕性差，水處理帶來了團聚等問題。乳化劑和水溶性聚合物粘結劑已被建議使用，但是并沒有成功實行。乳化劑在干燥后不能被移除，并且降低陰極材料的電導率，導致能量容量降低，循環性能不穩定。含羥基或羧基的水溶性聚合物在加工過程中會改變漿料的PH值，從而破壞陰極漿料的均勻性。因此，需要改進生產技術等等。

發明內容

本發明一般涉及電化學電池的材料和方法，例如用于鋰離子電池等電池的材料和方法以及其他應用。本發明的主題在某些情況下涉及相互關聯的產品、特定問題的備選解決方案和/或一個或多個系統和/或物品的多種不同用途。

在某些方面，本發明一般提供一種漿料組合物，或者用于生產電化學電池電極的漿料。例如，某些實施例提供一種漿料，包括：x％的離子交聯聚合物，y％的粘結劑和導電劑按照摩爾比a/(1-a)的混合物，a是從0到1范圍內的數值(0<a<1)，以及(100-x-y)％的電活性材料的水溶液，其中，x％,y％,和(100-x-y)％都是重量百分比。在一些實施例中，離子交聯聚合物控制的粘結劑可以用在水基漿料中，這樣可能更容易處理，減少環境污染，和/或降低生產成本，同時保留粘結劑，導電劑和電活性材料的化學和電化學優點。

在一些實施例中，a是從0到1范圍內的數值(0<a<1)，x是在從0.01到49.99范圍內的數值，y是在從0.01到49.99范圍內的數值,100-x-y大于0。