[发明专利]用于锂离子蓄电装置的电极粘合剂组合物

说明书

本发明一般涉及在Li离子型锂蓄电池中电能储存的领域。更具体地，本发明涉及用于Li离子电池正电极的粘合剂、所述电极的制备方法及其在Li离子电池中的用途。本发明的另一主题是通过引入这种电极材料所制造的Li离子电池。

技术领域

本发明一般涉及在Li离子型锂蓄电池中电能储存的领域。更具体地，本发明涉及用于Li离子电池正电极的粘合剂、所述电极的制备方法及其在Li离子电池中的用途。本发明的另一个主题是通过引入这种电极材料所制造的Li离子电池。

背景技术

Li离子蓄电池或锂电池的基本单元(elementary cell)包含阳极(在放电时)和阴极(同样在放电时)，阳极通常由锂金属制成或基于碳，阴极通常由金属氧化物型锂插入化合物制成，在阴极和阳极之间插入传导锂离子的电解质。

阴极或阳极通常包含至少一个集流器，在该集流器上沉积有复合材料，该复合材料由以下组成：一种或多种“活性”材料(由于它们对于锂表现出电化学活性而呈活性)，一种或多种充当粘合剂且通常为官能化或非官能化含氟聚合物的聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)、或羧甲基纤维素型水基聚合物、或苯乙烯/丁二烯胶乳，加上一种或多种通常为碳的同素异形形式的电子传导用添加剂。

负极处的常规活性材料通常是锂金属、石墨、硅/碳复合材料、硅、CF_x型氟化石墨(其中x为0至1)，以及LiTi₅O₁₂型钛酸盐。

正电极处的常规活性材料通常为LiMO₂型、LiMPO₄型、Li₂MPO₃F型、Li₂MSiO₄型(其中M为Co、Ni、Mn、Fe或这些的组合)、LiMn₂O₄型、或S₈型。

在这些材料中，具有橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄或LFP)作为用于Li离子电池的潜在阴极材料而受到关注，这是由于高理论容量(170mA h g^-1)、高安全性和经济效益。然而，LiFePO₄具有差的导电性和低的锂离子扩散系数。为了解决这些问题，已经提出了几种方法，如控制形态(morphology,形貌)、表面涂布额外层、以及使用导电添加剂。

纳米化是通过减小锂离子的传输长度来改善LFP阴极倍率性能(rateperformance)的方式。由于纳米尺寸的LFP具有高得多的表面积，因此为了维持阴极与铝箔的粘合水平，需要具有较高粘合力的粘合剂。此外，纳米尺寸的LFP的浆料粘度非常高，并且可能在存储期间易于物理胶凝或粘度积聚。

文献US 2017/373319描述了用于LiB正电极的导电糊料，其抑制粘度增加和胶凝，并且具有易于施用的粘度。导电糊料含有：分散树脂(A)(包括含多环芳族烃基团的树脂(A1)和聚乙烯醇树脂(A2))、聚偏氟乙烯(B)、导电碳(C)，以及溶剂(D)和脱水剂(E)。组分(A)至(D)与脱水剂(E)的这种组合可能抑制聚偏氟乙烯分子的聚合，这抑制了用于锂离子电池正电极的导电糊料或混合物糊料的粘度增加和胶凝。

需要这样的阴极粘合剂配制物，其使得可产生具有平衡的粘合力和阴极浆料稳定性的正电极，并且其可以容易地加工。

发现与非官能化粘合剂相比，将氟化粘合剂的特定范围的官能度与粘合剂配制物的特定粘度组合，改善了粘合力，并且还在基于纳米尺寸的含磷-橄榄石(phospho-olivine)的阴极配制物中维持良好的浆料可加工性。

发明内容