一種用于電極漿料的組合物制造技術

本發明專利技術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，本發明專利技術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。

【技術實現步驟摘要】
一種用于電極漿料的組合物
本專利技術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
技術介紹
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。
技術實現思路
本專利技術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。本專利技術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，本專利技術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。在某些實施例中，所述水溶液是去離子水。漿料的組成可能不一定需要有機溶劑，但這種溶劑可以在某些實施例中使用。這些漿料可能不含任何有機溶劑，而且不會價格昂貴、不會有強限制性。在某些情況下，在制造漿料的過程中，可以避免或減少復雜的有機溶劑處理。在許多情況下，在加入電解液之前，可能會有一種無水的有效電活性材料。因此，在一些實施例中，所述漿料或所制造的電極可以干燥。在另一方面，本專利技術包括電化學電池的電極的方法或生產方法。在某些情況下，所述方法可包括制備一種漿料，該漿料包含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，x％,y％和(100-x-y)％都是重量百分比。在一些實施例中，x是包含在從0.01到49.99范圍內的數值，y是包含在從0.01到49.99范圍內的數值，a是從0到1范圍內的數值(0<a<1)，100-x-y大于0。另外，一些實施例涉及在集流體上涂覆或層壓所述漿料，以及干燥所述漿料的方法。一些方法還可以包括在電極上加入非水電解質。在一方面，本專利技術一般是針對一種組合物。在一組實施例中，該組合物包括離子交聯聚合物、粘結劑、導電劑和電活性材料。在另一組實施例中，所述組合物包括水性漿料，所述水性漿料包括少于50wt％的離子交聯聚合物、小于50％的粘結劑和導電劑以及電活性材料。在另一個方面，本專利技術一般涉及制造用于電化學電池中的電極的方法。在一組實施例中，所述方法包括在集流體材料表面應用水性漿料，該水性漿料包含離子交聯聚合物，粘結劑、導電劑和電活性材料。所述方法還可以包括從水性漿料中除去至少一部分水，在集流體材料上產生干燥的涂層。在另一組實施例中，所述方法包括：在集流體材料表面應用水性漿料，該水性漿料包含小于50wt％的離子交聯聚合物，小于50wt％的粘結劑和導電劑，以及電活性材料；以及從水性漿料中除去至少一部分水，以在集流體材料上產生一干燥的涂層。根據另一個方面，本專利技術一般指電化學裝置。在一組實施例中，電化學裝置包括使用一種方法形成的電極，該方法包括：在集流體材料上應用水性漿料，該水性漿料包含小于50wt％的離子交聯聚合物，小于50wt％的粘結劑和導電劑，以及電活性材料；并且從水性漿料中除去至少一些水以在集流體材料上產生干燥涂層，從而形成電極。在某些情況下，電化學裝置包括使用一種方法形成的電極，該方法包括：在集流體材料表面應用水性漿料，該水性漿料包含離子交聯聚合物，粘結劑、導電劑和電活性材料。該方法還可以包括，在某些情況下，從水性漿料中除去至少一些水以在集流體材料上產生干燥涂層，從而形成電極。另一個方面，本專利技術包括此處描述的一個或多個實施例的制備方法，例如，漿料。還是在另一個方面，本專利技術包括此處描述的一個或多個實施例的使用方法，例如，漿料。當結合附圖考慮時，本專利技術的其他優點和新特征將從以下關于本專利技術的各種非限制實施例的詳細描述中變得明顯。附圖說明本專利技術的非限制性實施例將通過參照附圖來描述，這些圖形是示意性的，不打算按比例繪制。在圖中，每個相同的或幾乎相同的組分用一個數字表示，為了清晰起見，并非每個組件在每個圖形中都有標記，也不是本專利技術每個實施例的每個組分都顯示，這些圖示對本領域的普通技術人員理解本專利技術不是必須的圖示。在圖中，圖1是用本專利技術一實施例制備的正電活性材料制備的電化學電池首次循環電壓與容量的圖；圖2是本專利技術另一實施例制備的正電活性材料制備的電化學電池放電容量與循環次數的圖；圖3A-3B圖示了用本專利技術的另一個實施例產生的陰極電極所獲得的PLA的核磁共振譜；圖4A-4G圖示了本專利技術的某些實施例中有用的離子交聯聚合物的非限制性本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種組合物，包括：水性漿料，所述水性漿料包含小于50wt％的離子交聯聚合物、小于50wt％的粘結劑、導電劑以及電活性材料。

【技術特征摘要】
1.一種組合物，包括：水性漿料，所述水性漿料包含小于50wt％的離子交聯聚合物、小于50wt％的粘結劑、導電劑以及電活性材料。2.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述水性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。3.如權利要求1或2任一項所述的組合物，所述離子交聯聚合物，粘結劑、導電劑、電活性材料在水性漿料中的重量百分比之和在90wt％和100wt％之間。4.如權利要求1至3任一項所述的組合物，所述水性漿料至少含5wt％的水。5.如權利要求1至4任一項所述的組合物，所述水性漿料含有20wt％或20wt％以下的水。6.如權利要求1至5任一項所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃沛屾，方艷，任東，李明慧，沈赟，于英超，
申請(專利權)人：浙江林奈新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33