[发明专利]用于电化学体系的电极的粘合剂、包含该粘合剂的电极，和包含该电极的电化学体系

说明书

技术领域

本发明涉及用于含有非水电解质的电化学体系的电极的粘合剂。

具体地，本发明涉及用于含有有机电解质的可再充电的电化学蓄电池 的电极的粘合剂，特别是用于锂电池的粘合剂。

此外本发明涉及包含该粘合剂的电极。

本发明还涉及含有非水电解质的电化学组合，其包括所述电极。

本发明还涉及含有非水电解质的可再充电的电化学蓄电池，其包括含 有所述粘合剂的正极和负极，以及非水电解质。

最后，本发明涉及包括所述粘合剂的电极的制备方法。

本发明的技术领域可以概括地定义为应用于具有非水有机电解质的电 化学组合的电极，并且更特别地是具有有机电解质的可再充电蓄电池，例 如锂蓄电池或者电池。

背景技术

具有常规有机电解质的可再充电的蓄电池的电极包含电化学活性材 料，所述活性材料构成接收结构，阳离子例如锂阳离子被插入所述接收结 构中，并且在循环时，所述阳离子从所述接收结构中移出。通过在集流体 上沉积油墨或糊状物得到各电极，所述油墨或糊状物包含活性材料，任选 存在的导电添加剂、聚合物粘合剂和溶剂。

为制造电极使用聚合物粘合剂的目的：首先是在基本上不掩蔽电化学 活性表面的情况下，确保粉状的活性材料的粘附。此效果取决于粘合剂的 浸润性。一般而言，在聚合物粘合剂中存在的形成化学键或氢键的基团例 如羟基、羧基或酰胺基团，保证了活性材料的良好粘接。然而，因为粘合 剂和活性材料的相互作用过强，导致活性材料的微粒被过度覆盖，由此降 低了裸露的活性表面积以致其容量降低，必须找到折衷方法。

所述粘合剂还必须使油墨粘附于集流体上，聚合物中存在的极性基团 也保证了此粘附作用。

此外，聚合物粘合剂必须赋予电极足够的柔韧性以便于操作，特别是 在圆柱形蓄电池排列的情况下，足以耐受盘绕步骤。

聚合物粘合剂还必须随着在充电和放电循环时活性材料的尺寸变化而 变化。

聚合物粘合剂还必须具有某些电化学性质。

特别地，它必须和使用的电解质可相容。

最后，因为用作活性材料的还原剂和氧化剂非常强，粘合剂必须具有 尽可能低的反应性以便于能够耐受极端操作条件而不被分解。

因此，使用单一的聚合物粘合剂似乎难以满足所有这些目标。

此外，为了成功地在印刷设备上使用，而且特别是为了保证辊对辊传 输，旨在用于制备电极的糊状物或油墨必须具有精确的流变学和物理化学 性质，所述性质取决于设想的用于制作电极的挤压机的类型。

特别地，必须极好地控制油墨的表面张力，更特别地表面能的极性分 量。

在常规的可再充电的锂蓄电池中，常规做法是使用聚合物例如聚四氟 乙烯(PTFE)作为粘合剂，它在电解质中具有优越的稳定性。然而，PTFE的 不粘性妨碍薄导电支持体例如箔片的使用，而对于获得高能量密度(容量) 该导电支持体是必不可少的。此外，由于存在许多氟原子，PTFE对强还原 剂的稳定性低。

文献EP-A2-0 492 586公开了具有非水电解质的可再充电的蓄电池。

正极和负极中的至少一个包含：其溶剂中的粘合剂、电化学活性材料 和任选存在的导电性添加剂，在薄金属集流体支持体上涂布上述所有物 质。

以此方式制备包含粉末状活性材料，和任选存在的导电添加剂的粉状 (粉末)混合物。然后，将粉状混合物分散于粘合剂中，所述粘合剂包含溶 于有机溶剂如N-乙烯基吡咯烷酮中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。全部的组分形 成粘稠的悬浮液或糊状物，并随后将此悬浮液或糊状物或油墨(由此其特别 地包含活性材料和聚合物粘合剂)施加至由金属箔如薄铜箔或铝箔形成的电 极集流体上。

然后干燥此悬浮物以除去溶剂。

对于负极，活性材料是碳基材料，并且电极集流体由铜箔例如厚度 20μm形成。

对于正极，活性材料具体地是LiCoO₂，电极混合物另外还可以包括导 电剂例如石墨，并且集流体一般包括铝箔例如厚度80μm。