[发明专利]基于聚氨酯的电极粘结剂组合物及其用于电化学电池的电极

说明书

背景技术

本发明涉及一种电极粘结剂组合物，一种使用所述粘结组合物制造的电极，及一种使用所述电极制得的电化学电池，其中所有的这些材料均使用聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的组合物制造。该电极使用所述热塑性聚氨酯及电极活性材料制造。该电化学电池可使用所述电极，并使用以下制造：(i)使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的隔膜和/或间隔体；(ii)基于所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电解质体系；或(iii)其组合。

随着便携电子设备，如PDA、手机和便携式电脑的供给增加，其使用范围也不断扩大。因而，更小、更轻、更薄且具有高性能的电池作为电源的需求也增加了，所以，对电池进行了大量研究。由于锂电池重量轻且能量密度较高，所以其已被作为此种便携式设备的主要电源。需要改进电化学电池的整体性能，因此，需要改进组成电化学电池的组件。

用于锂电池的阴极活性材料可包括含Li的过渡金属氧化物，如LiCoO₂，LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄及硫族元素化合物，如MoS₂。由于这些化合物具有层-结晶结构，所以，Li离子可以被可逆地插入或抽出。因而，这些化合物已被广泛地作为用于锂电池的阴极活性材料。

金属锂可被作为阳极活性材料。然而，锂的锂离子被插入或抽出。因为在电池充电/放电期间，锂会反复地溶解和沉淀，所以针形锂枝晶在锂表面上生长。针形枝晶具有较低的充电/放电效率，且会因接触阴极而造成内部短路。另外，锂金属在这些应用中由于其对氧及水分的反应性而非常不稳定。

为了解决这些问题，现正考虑使用可将Li离子能可逆地插入及抽出的锂合金、金属粉、石墨或碳材料、金属氧化物或金属硫化物作为阳极材料。然而，在将由锂合金所制成的片形阳极用于电池时，片形合金在充电/放电期间变薄，因而降低电流收集性质。因此，充电/放电特征劣化。

在片形电极是由金属粉、碳材料、金属氧化物或金属硫化物粉末制造时进一步使用粘结剂，因为这些材料自身以粉末形式无法形成电极。例如在使用碳材料制造阳极时，经常添加弹性橡胶类聚合物材料作为粘结剂。

在使用金属氧化物或金属硫化物制造阳极时，除了粘结剂，也添加导电剂以改进充电/放电特性。通常在使用碳材料制造阳极时，碳材料被粉碎成粉末且添加粘结剂。然而，如果使用常规的橡胶类聚合物材料作为粘结剂，则根据粘结剂的用量来涂覆石墨粒子，因而阻碍锂离子的插入及抽出，且高效率放电特性劣化。

如果单独使用常规粘结剂，不管碳质材料的种类及形式为何均应添加大量粘结剂，因为金属芯材料与常规粘结剂之间的粘结力微弱。然而，在添加大量粘结剂以强化粘结力时，碳材料的表面被粘结剂涂覆。因此，高效率放电特性劣化。相反地，如果使用少量粘结剂以维持放电特性，则无法容易地制造片形电极，因为电极板用的材料与芯材料分离。此外，制造电极板的失败比例增加。

因此，现在需要可用于电极的粘结剂使生成电极表现至少如同常规电极，以解决一个或多个的在此所述问题。换言之，现在需要改进电极粘结剂、由此粘结剂制得的电极、及使用一个或多个的此种电极的电化学电池，以解决在目前替代品中所遭遇的问题。

发明内容

本发明涉及一种电极粘结剂组合物，其是使用聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物，任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合物而制得。本发明还包括以所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制备电极粘结剂组合物的用途，及由其制造得到的电极。

本发明还提供一种电化学电池电极，其包含：(A)包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电极粘结剂组合物，及(B)电极活性材料，及其中该电极任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合。该电极可为电化学电池例如锂电池用的片形电极。

本发明进一步涉及一种包含至少一个电极的电化学电池，其中，该电极包含：(A)包含聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物的电极粘结剂组合物，及(B)电极活性材料，及其中该电极任选地进一步包含导电剂、有机溶剂或它们的组合。

对于所述电话学电池，本发明进一步提供以下：(i)使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的该电池的隔膜和/或间隔体；(ii)该电池的电解质体系包括分散于使用所述聚(二亚烷基酯)热塑性聚氨酯组合物制得的聚合物支撑结构中的电解质活性物质；或(iii)它们的组合。