CN120818319A - 用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂、用于制备其的方法、粘结剂组合物、负电极浆料、负电极和非水性电解液可再充电电池 - Google Patents
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂、用于制备其的方法、粘结剂组合物、负电极浆料、负电极和非水性电解液可再充电电池Info
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Abstract
一种用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂、用于制备其的方法、粘结剂组合物、负电极浆料、负电极和非水性电解液可再充电电池。该用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂包括:颗粒状粘结剂,具有核‑壳结构,核‑壳结构包括疏水性核和亲水性壳。疏水性核包括选自芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种。亲水性壳包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和(甲基)丙烯腈单体的衍生物。基于100wt%的粘结剂,疏水性核的量大于或等于约90wt%且小于或等于约97wt%,亲水性壳的量大于或等于约3wt%且小于或等于约10wt%。
Description
本申请要求于2024年4月15日在日本专利局提交的第2024-065727号的日本专利申请的优先权和权益,该日本专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开涉及一种用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物、包括粘结剂和/或粘结剂组合物的用于非水性电解液可再充电电池的负电极浆料、利用负电极浆料形成的用于非水性电解液可再充电电池的负电极、以及包括负电极的非水性电解液可再充电电池。
背景技术
锂离子电池(也称为非水性电解液可再充电电池)具有高能量密度,并且广泛用于移动电话、个人计算机和/或汽车。随着近来利用率的提高,市场对快速充电的要求越来越高,并且对锂离子电池强烈要求更高的输出和降低的内阻。
因此,提出了(方案1)通过利用主要由2-乙基己基丙烯酸和苯乙烯构成的水分散型粘结剂来降低内阻,该粘结剂利用低分子量的表面活性剂通过乳液聚合来合成。例如,第6,007,263号专利描述了这种粘结剂,该专利的全部内容通过引用包含于此。
但是,如果(例如,当)利用方案1中描述的水分散型粘结剂,则电极混合物层与集流体之间的剥离强度不充分。结果,在将电极切割为规定尺寸的工艺期间电极混合物层的一部分可能从集流体剥离,或者在使用辊高速输送电极的工艺期间存在来自电极混合物层的粉末(dust)可能掉落的风险。
发明内容
考虑到上述问题提出了本公开,并且本公开提供了一种用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂,该用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂在电极混合物层与集流体之间具有增强的粘附性(例如,优异的或合适的粘附性)(例如,电极的剥离强度),并且与之前相比,可以更多地降低电池的内阻。
例如,如下描述和/或示出了根据本公开的粘结剂、粘结剂组合物、负电极浆料、负电极、可再充电电池和用于制造粘结剂的方法。
另外的方面将在下面的描述中部分地阐述,并且部分地,将通过描述而明显,或者可以通过实践公开的所呈现的实施例来获悉。
根据一个或更多个实施例,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂可包括具有核-壳结构的颗粒状粘结剂,该核-壳结构包括疏水性核和亲水性壳,其中,疏水性核包括选自芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种,并且亲水性壳包括选自(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和/或(甲基)丙烯腈单体的衍生物之中的至少一种。
在一个或更多个实施例中,基于100wt%的粘结剂,疏水性核的含量(例如,量)大于或等于约90wt%且小于或等于约97wt%,亲水性壳的含量(例如,量)大于或等于约3wt%且小于或等于约10wt%,并且通过湿式激光衍射散射法测量的粘结剂的平均粒度大于或等于约250nm且小于或等于约1000nm。
在一个或更多个实施例中,亲水性壳由水溶性聚合物形成。
在一个或更多个实施例中,水溶性聚合物包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和/或(甲基)丙烯腈单体的衍生物。在水溶性聚合物中,基于100wt%的水溶性聚合物,(甲基)丙烯酸单体的衍生物的含量(例如,量)可以大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%,苯乙烯磺酸钠单体的衍生物的含量(例如,量)可以大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%,并且(甲基)丙烯腈单体的衍生物的含量(例如,量)可以大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%。
在一个或更多个实施例中,水溶性聚合物的分子量(重均分子量)为约300,000g/mol至约2,000,000g/mol。
在一个或更多个实施例中,疏水性核由疏水性聚合物形成,疏水性聚合物包括芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和/或不饱和羧酸酰胺单体的衍生物。
在一个或更多个实施例中,疏水性核和亲水性壳彼此化学键合(例如,疏水性核化学键合到亲水性壳)。
在一个或更多个实施例中,不添加非反应性表面活性剂。
根据一个或更多个实施例,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物可以包括如这里描述的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂和水性溶剂。
根据一个或更多个实施例,用于非水性电解液可再充电电池的负电极浆料可以包括如在这里描述的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物和负电极活性物质。
根据一个或更多个实施例,用于非水性电解液可再充电电池的负电极可包含如在这里描述的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂和负电极活性物质。
在一个或更多个实施例中,负电极还包括水溶性聚合物化合物。
在一个或更多个实施例中,水溶性聚合物化合物为羧甲基纤维素的碱金属盐。
根据一个或更多个实施例,非水性电解液可再充电电池可以包括如在这里描述的负电极。
根据一个或更多个实施例,用于制备用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的方法可以包括以下步骤:制备具有包括疏水性核和亲水性壳的核-壳结构的颗粒状粘结剂,在构成亲水性壳的水溶性聚合物存在时,合成构成疏水性核的疏水性聚合物。
在一个或更多个实施例中,水溶性聚合物包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和/或(甲基)丙烯腈单体的衍生物。
在一个或更多个实施例中,疏水性聚合物通过选自芳香族乙烯基单体、不饱和羧酸烷基酯单体、(甲基)丙烯酸单体和/或不饱和羧酸酰胺单体之中的一种或更多种单体的聚合而构成。
在一个或更多个实施例中,基于100wt%的粘结剂,疏水性核的含量(例如,量)大于或等于约90wt%且小于或等于约97wt%,亲水性壳的含量(例如,量)大于或等于约3wt%且小于或等于约10wt%。
在一个或更多个实施例中,通过湿式激光衍射散射法测量的粘结剂的平均粒度大于或等于约250nm且小于或等于约1000nm。
根据本公开,本公开的粘结剂提供了具有包括疏水性核和亲水性壳的核-壳结构的颗粒状粘结剂,以改善非水性电解液可再充电电池的电极混合物层与集流体之间的粘附性。因此,能够提供一种非水性电解液可再充电电池,该非水性电解液可再充电电池在电极混合物层与集流体之间具有优异的或合适的粘附性,并且还能够降低非水性电解液可再充电电池的内阻。
例如,根据本公开,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂包括具有核-壳结构的颗粒状粘结剂,该核-壳结构的特征在于:疏水性核和亲水性壳。疏水性核包括诸如芳香族乙烯基单体、不饱和羧酸烷基酯单体、(甲基)丙烯酸单体和/或不饱和羧酸酰胺单体的各种单体的衍生物。亲水性壳包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和/或(甲基)丙烯腈单体的衍生物。粘结剂组合物旨在增强电极混合物层与集流体之间的粘附性,从而降低电池的内阻。疏水性核构成粘结剂的90wt%-97wt%,而亲水性壳占3wt%-10wt%。粘结剂的平均粒度范围为250nm至1000nm。这种核-壳结构改善了电极混合物层与集流体之间的粘附性,从而提供了具有增强的粘附性和降低的内阻的非水性电解液可再充电电池。
附图说明
附图被包括以提供对本公开的进一步理解,并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的实施例,并且与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中:
图1是示出根据本公开的一个或更多个实施例的非水性电解液可再充电电池的示意图。
具体实施方式
在下文中,一个或更多个实施例将被更详细地描述,使得本领域普通技术人员可以实施它们。然而,本公开可以以许多不同的形式实施,并且不被解释为限于在这里阐述的一个或更多个实施例。
在本说明书中,将理解的是,如果(例如,当)元件或组件被称为在另一元件上时,该元件或组件可以直接在所述另一元件上,或者在它们之间可以存在居间元件。相反,如果(例如,当)元件被称为“直接在”另一元件“上”时,则不存在居间元件。在附图中,为了有效地说明技术内容,夸大了一些组件厚度。同样的附图标记始终指同样的元件,并且说明书中可能不提供其重复描述。
在这里使用的术语仅用于描述一个或更多个实施例,并且不旨在限制本公开。除非上下文另外清楚地指出,否则单数表述包括复数表述。
如在这里所使用的,“其组合”指成分的混合物、层叠体、复合物、共聚物、合金、共混物、反应产物等。
在这里,应当理解的是,诸如“包括/其变型”、“包含/其变型”或“具有/其变型”的术语旨在指定存在所体现的特征、数量、步骤(例如,动作或任务)、元件和/或其(例如,任何合适的)组合,但是其不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤(例如,动作或任务)、元件和/或其(例如,任何合适的)组合的可能性。例如,将理解的是,术语“包括/其变型”、“包含/其变型”或“具有/其变型”说明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。另外,术语“包括/其变型”、“包含/其变型”、“具有/其变型”或其他类似术语包括或支持术语“由……组成”和“基本上由……组成”,术语“由……组成”和“基本上由……组成”表示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,而不存在或基本上不存在其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
在附图中,为了清楚起见,夸大了层、膜、面板、区域等的厚度,并且同样的附图标记始终表示同样的元件,并且说明书中可能不提供其重复描述。将理解的是,如果(例如,当)诸如层、膜、区域或基底的元件被称为“在”另一元件“上”,则其可以直接在所述另一元件上,或者也可以存在居间元件。相反,如果(例如,当)元件被称为“直接在”另一元件“上”时,则不存在居间元件。
另外,在这里的“层”不仅包括如果(例如,当)从平面图观看时形成在整个表面上的形状,而且也包括形成在部分表面上的形状。
将理解的是,尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在这里用于描述一个或更多个合适的元件、组件、区域、层和/或部分,但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此,在不脱离这里阐述的教导的情况下,这里描述的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
如在这里所使用的,术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。诸如“……中的至少一个(种/者)”、“……中的一个(种/者)”和“选自……”的表述如果(例如,当)在一列元件之前或之后时,则修饰整列元件,而不修饰该列的个别元件。例如,表述“a至c中的至少一个(种/者)”、“a、b或c中的至少一个(种/者)”和“a、b和/或c中的至少一个(种/者)”可以指示仅a、仅b、仅c、a和b两者(例如,同时)、a和c两者(例如,同时)、b和c两者(例如,同时)、a、b和c中的全部或其变型。
可以在这里使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下(部)”、“在……上方”、“上(部)”等的空间相对术语,来容易地描述一个元件或特征与另一元件或特征之间的关系。将理解的是,除了附图中所示的方位之外,空间相对术语旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果(例如,当)附图中的装置被翻转时,被描述为“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为“在”所述其他元件或特征“上方”。因此,示例术语“在……下方”可以(例如,同时)涵盖上方和下方的两个方位。装置可以另外被定向(旋转90度或处于其他方位),并且可以相应地解释这里使用的空间相对术语。
这里使用的术语仅用于描述具体实施例的目的,而不旨在限制本公开。除非另有定义,否则这里使用的所有术语(包括化学术语、技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是,术语(诸如在常用词典中定义的术语)应当被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义,并且将不以理想化或过于形式化的意义来解释。
在这里参照作为理想化实施例的示意图的剖视图描述了示例实施例。因此,将预期由于例如制造技术和/或公差而导致的图示形状的变化。因此,这里描述的实施例不应被解释为限于如在这里所示的区域的具体形状,而是将包括例如由制造导致的形状偏差。例如,图示或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙和/或非线性特征。此外,所示的尖角可以是圆形的或被倒圆。因此,附图中示出的区域本质上是示意性的,并且它们的形状不旨在示出区域的精确形状,并且不旨在限制呈现的权利要求的范围。
术语“可以”将被理解为指“本公开的一个或更多个实施例”,其中的一些实施例包括所描述的元件,并且其中的一些实施例排除该元件和/或包括替代的元件。类似地,诸如“或”的替代语言指“本公开的一个或更多个实施例”,每个实施例包括对应的所列项。
在本文中,“基本上由……组成”表示任何另外的组分将不实质上影响粘结剂的化学性质或物理性质。
此外,在本说明书中,短语“在平面上”或“平面图”指示从顶部观看目标部分,短语“在剖面上”指示从侧面观看通过竖直切割目标部分而形成的剖面。
如果(例如,当)颗粒是球形的,则这里所使用的术语“粒径”、“粒度”等指颗粒的平均直径,并且如果(例如,当)颗粒是非球形的,则这里所使用的术语“粒径”、“粒度”等指颗粒的平均长轴长度。例如,粒径(粒度)可以是平均粒径(粒度)。在一些实施例中,粒径(粒度)指示其中在粒度分布中累积体积为约50体积%的平均粒径(粒度)(D50)。平均粒径(粒度)(D50)可以通过本领域技术人员广泛适用的方法(例如,通过粒度分析仪、透射电子显微镜(TEM)图像或扫描电子显微镜(SEM)图像)测量。在一个或更多个实施例中,使用动态光散射测量装置进行数据分析,对每个粒度范围的颗粒数量进行计数,然后由此可以通过计算获得平均粒径(粒度)(D50)值。不同地,可以使用激光散射法来测量平均粒径(粒度)(D50)。在激光散射法中,将目标颗粒分布在分散溶剂中,引入到激光散射颗粒测量装置(例如,可从Microtrac公司商购获得的MT3000)中,用28kHz的超声波以60W的功率照射,然后在测量装置中以粒径(粒度)分布的50%标准计算平均粒径(粒度)(D50)。
在这里,“或”将不被解释为排他性含义,例如,“A或B”被解释为包括A、B、A+B等。
“金属”被解释为包括普通金属、过渡金属和准金属(半金属)的概念。
在下文中,描述根据一个或更多个实施例的可再充电电池的构造。
1、非水性电解液可再充电电池
根据一个或更多个实施例的可再充电锂离子电池包括正电极、负电极、隔膜和非水性电解液。该可再充电锂离子电池的充电达标电压(the charging reached voltage)(氧化还原电位)可以大于或等于约4.0V(vs. Li/Li+)且小于或等于约5.0V,或者大于或等于约4.2V且小于或等于约5.0V。可再充电锂离子电池的形状不受限制,其可以是例如圆柱形、棱柱形、层叠型(类)、纽扣型(类)等。
图1是示出根据一个或更多个实施例的非水性电解液可再充电电池的示意图。
参照图1,根据一个或更多个实施例的可再充电锂电池100包括电池单体、容纳电池单体的电池壳体120和密封电池壳体120的密封构件140,电池单体包括正电极114、与正电极114相对(例如,面对正电极114)的负电极112、在正电极114与负电极112之间的隔膜113、以及浸渍正电极114、负电极112和隔膜113的用于可再充电锂电池的电解液。
1-1、正电极
正电极可以包括正电极集流体和形成在正电极集流体上的正电极混合物层。
正电极集流体可以是任何导体,只要它是导体即可,例如,正电极集流体可以是板状的或薄形的,并且适当地由铝、不锈钢、镀镍钢等制成(例如,正电极集流体可以包括铝、不锈钢、镀镍钢等)。
正电极混合物层包括正电极活性物质,并且还可以包括导电剂和正电极粘结剂。
正电极活性物质例如可以为包含锂的过渡金属氧化物和/或固溶体氧化物,并且没有限制。例如,正电极活性物质可以是能够电化学地嵌入和脱嵌锂离子的材料。
包含锂的过渡金属氧化物的示例可以包括Li1.0Ni0.88Co0.1Al0.01Mg0.01O2等。另外,它可以包括Li-Co类复合氧化物(诸如LiCoO2等)、Li-Ni-Co-Mn类复合氧化物(诸如LiNixCoyMnzO2等)、Li-Ni类复合氧化物(诸如LiNiO2等)、Li-Mn类复合氧化物(诸如LiMn2O4等)。固溶体氧化物的示例可以包括LiaMnxCoyNizO2(1.150≤a≤1.430,0.45≤x≤0.6,0.10≤y≤0.15,0.20≤z≤0.28)、LiMn1.5Ni0.5O4等。相反,正电极活性物质的含量(例如,量)(例如,含量比或量比)不受限制,并且适用于非水性电解液可再充电电池的正电极混合物层的任何含量(例如,量)可以是足够的。此外,这些化合物可以单独使用,或者可以混合并使用多种类型(种类)。
导电剂(例如,电子导体)没有特别限制。例如,导电剂可以是增大正电极的导电性的任何材料。
导电剂的一个或更多个示例包括包含选自炭黑、天然石墨、人造石墨和/或纤维状碳之中的一种或更多种的导电剂。
炭黑的示例可以包括炉黑、槽黑、热裂黑、科琴黑和/或乙炔黑。
纤维状碳的示例可以包括碳纳米管、石墨烯和/或碳纳米纤维。
导电剂的含量(例如,量)不受限制,并且可以是适用于非水性电解液可再充电电池的正电极混合物层的任何含量(例如,量)。
正电极粘结剂的示例可以包括含氟树脂(诸如聚偏氟乙烯)、含乙烯树脂(诸如苯乙烯-丁二烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物)、丙烯腈-丁二烯橡胶、氟橡胶、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素衍生物(诸如羧甲基纤维素的盐)和/或硝化纤维素。
正电极粘结剂可以是能够将正电极集流体和在正电极集流体上的导电剂粘结的任何粘结剂,并且不受限制。
例如,可以利用更详细描述的负电极粘结剂作为正电极粘结剂。
1-2、负电极
负电极包括负电极集流体和形成在负电极集流体上的负电极混合物层。
负电极集流体可以是任何导体,例如,板状的导体或薄形的导体,并且可以期望地或适当地由铜、不锈钢、镀镍钢等构成(例如,包括铜、不锈钢、镀镍钢等)。
负电极混合物层例如包括负电极活性物质和负电极粘结剂。
负电极混合物层的构造是本实施例的一特征,因此将更详细地描述。
1-3、隔膜
隔膜不受限制,并且可以使用任何隔膜,只要其用作可再充电锂离子电池的隔膜即可。
隔膜可以是具有优异的或合适的高倍率放电性能的多孔膜或非织造织物,多孔膜或非织造织物可以单独使用或与其他材料一起使用。
构成隔膜的树脂(例如,隔膜包括树脂)的示例可以包括聚烯烃类树脂(诸如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯类树脂(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯)、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物、偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-六氟丙酮共聚物、偏二氟乙烯-乙烯共聚物、偏二氟乙烯-丙烯共聚物、偏氟乙烯-偏二氟乙烯-三氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-乙烯-四氟乙烯共聚物和/或偏二氟乙烯-乙烯-四氟乙烯共聚物。
相反,隔膜的孔隙率不受限制,并且可以是任何可再充电锂离子电池的隔膜具有的任何孔隙率。
在隔膜的表面上,可以存在包括无机颗粒以改善耐热性的耐热层、或包括粘合剂以将电池元件固定到电极的层。
前述无机颗粒的示例包括Al2O3、AlOOH、Mg(OH)2和/或SiO2。
粘合剂的示例可以包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯聚合物的酸改性产物和/或苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物。
1-4、非水性电解液
对于非水性电解液,可以使用用于可再充电锂离子电池的非水性电解液而没有特别限制。非水性电解液具有在作为电解液的溶剂的非水性溶剂中包含电解质盐的组成。
非水性溶剂可以包括例如环状碳酸酯(诸如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、氯代碳酸亚乙酯、氟代碳酸亚乙酯和/或碳酸亚乙烯酯)、环状酯(诸如γ-丁内酯和/或γ-戊内酯)、直链碳酸酯(诸如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和/或碳酸甲乙酯)、直链酯(诸如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯和/或丙酸丙酯)、醚(诸如四氢呋喃或其衍生物、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、1,2-二甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、1,4-二丁氧基乙烷、甲基二甘醇二甲醚、乙二醇单丙醚和/或丙二醇单丙醚)、和/或腈(诸如乙腈和苄腈)、二氧戊环或其衍生物、乙烯硫醚、环丁砜和/或磺内酯或其衍生物,它们可以单独使用或以两种或更多种的混合物使用。
相反,如果(例如,当)混合并使用两种或更多种非水性溶剂时,则各非水性溶剂的混合比可以是可以在可再充电锂离子电池中使用的混合比。
电解质盐的示例可以包括:包含锂(Li)、钠(Na)和/或钾(K)的无机离子盐,诸如LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiPF6-x(CnF2n+1)x(条件是:1<x<6,n=1或2)、LiSCN、LiBr、LiI、Li2SO4、Li2B10Cl10、NaClO4、NaI、NaSCN、NaBr、KClO4、KSCN;有机离子盐,诸如LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、(CH3)4NBF4、(CH3)4NBr、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NI、(C3H7)4NBr、(n-C4H9)4NClO4、(n-C4H9)4NI(C2H5)4N-马来酸盐、(C2H5)4N-苯甲酸盐、(C2H5)4N-邻苯二甲酸盐、硬脂基硫酸锂、辛基硫酸锂和/或十二烷基苯磺酸锂,并且这些离子化合物可以单独使用或以两种或更多种的混合物使用。
相反,电解质盐的浓度与可再充电锂离子电池中使用的非水性电解液中的浓度相同,没有特别限制。在一个或更多个实施例中,非水性电解液可以包括浓度大于或等于约0.8mol/L且小于或等于约1.5mol/L的前述锂化合物(例如,电解质盐)。
相反,可以将一种或更多种合适的添加剂添加到非水性电解液中。
这样的添加剂的示例可以包括作用于(或用于)负电极的添加剂、作用于(或用于)正电极的添加剂、酯类添加剂、碳酸酯类添加剂、硫酸酯类添加剂、磷酸酯类添加剂、硼酸酯类添加剂、酸酐类添加剂和/或电解质类添加剂。换句话说,这样的添加剂的示例可以包括增强负电极的性能的添加剂、增强正电极的性能的添加剂、酯类添加剂、碳酸酯类添加剂、硫酸酯类添加剂、磷酸酯类添加剂、硼酸酯类添加剂、酸酐类添加剂和/或电解质类添加剂。
可以将这些添加剂中的一种添加到非水性电解液中,或者可以将多种类型(种类)的添加剂添加到非水性电解液中。例如,这些添加剂中的一种或更多种可以添加到非水性电解液中。
2、根据本实施例的非水性电解液可再充电电池的制造方法
接下来,说明用于制造可再充电锂离子电池的方法。
如下制造正电极。
首先,通过将正电极活性物质、导电剂和正电极粘结剂的混合物以期望的或合适的比率分散在用于正电极浆料的溶剂(例如,N-甲基-2-吡咯烷酮)中来形成正电极浆料。
接下来,将正电极浆料涂敷到正电极集流体上并干燥以形成正电极混合物层。
另外,涂敷方法没有限制。涂敷方法例如可以为刮刀涂布法、凹版涂布法、反向辊涂法和/或缝模涂布法。接下来,可以通过压力机将正电极混合物层压制到所需或合适的密度。由此,制造正电极。
负电极也可以以与正电极基本相同的方式制造。
首先,通过将构成负电极混合物层的材料的混合物分散在用于负电极浆料的溶剂(例如,诸如水的水性溶剂)中来制备负电极浆料。
然后,将负电极浆料涂覆到负电极集流体上并干燥以形成负电极混合物层。
随后,用压力机将负电极混合物层压制到所需或合适的密度。
由此,制造负电极。
随后,通过在正电极与负电极之间夹入隔膜来制造电极结构。
然后,将电极结构加工成所需或合适的形状(例如,圆柱形形状、棱柱形形状、层叠形状、钮扣形状等),并将其插入到以上形状的容器中。
然后,通过将非水性电解液注入到容器中,使电解质浸渍到隔膜中的孔以及正电极和负电极的空隙中。
通过以上工艺,可以制造可再充电锂离子电池。
3、非水性电解液可再充电电池的特征
在下文中,更详细地描述负电极混合物层(作为根据一个或更多个实施例的非水性电解液可再充电电池的特征)、负电极浆料、粘结剂组合物和用于形成负电极混合物层的粘结剂。
3-1、负电极混合物层
如上所述,负电极混合物层通过将负电极浆料涂覆到负电极集流体的一个表面或同时涂覆到负电极集流体的两个表面(例如,相对的两个表面)、干燥并压制而形成。
在干燥工艺中,用于负电极浆料的溶剂蒸发,分散在负电极浆料中的诸如负电极活性物质和/或负电极粘结剂的固体组分保留在负电极集流体上而形成负电极混合物层。因此,负电极混合物层中各组分的含量(例如,量)比直接反映负电极浆料中固体组分的含量(例如,量)比。
负电极混合物层在压制后具有在大于或等于3.5mAh/cm2且小于或等于约10mAh/cm2的范围内的面积容量。
在形成这样的负电极混合物层时,按照负电极集流体的一个表面上的面密度计,前述负电极浆料可以以例如大于或等于5mg/cm2且小于或等于约25mg/cm2的涂覆量(例如,以大于或等于约10mg/cm2且小于或等于约20mg/cm2的涂覆量)涂覆。
另外,按照负电极集流体的一个表面的厚度计,干燥和压制之后的负电极混合物层的厚度可以为例如大于或等于约50μm且小于或等于约150μm。
通过将负电极混合物层的涂覆量和厚度设定在这样的范围(例如,通过将负电极混合物层的厚度设定在约50μm至约150μm的范围)内,可以增大可再充电锂离子电池的充电/放电容量。
在一个或更多个实施例中,负电极混合物层可以另外包括导电剂。
导电剂可以是例如在正电极处使用的导电剂所举例说明的导电剂中的一种。
3-2、负电极浆料
负电极浆料例如包括负电极活性物质和负电极粘结剂。
负电极浆料还可以包括分散或溶解负电极活性物质和负电极粘结剂的用于负电极浆料的溶剂。
负电极活性物质例如包括包含石墨的石墨类活性物质。
石墨类活性物质的示例可以例如包括选自以下之中的至少一种活性物质:焦炭,诸如煤类焦炭、石油类纯焦炭、煅烧焦炭和/或针状焦炭;人造石墨,通过在约1500℃或更高温(或例如约2800℃至约3200℃)下使诸如中间相碳(诸如中间相球体和/或块状中间相)的石墨前体石墨化而获得;天然石墨,呈鳞片、块和/或颗粒状球体的形式;人造石墨和天然石墨的混合物;涂覆有人造石墨的天然石墨;等等。这些可以经受化学处理或物理处理,并且处理方法可以包括粉碎、分级、造粒、层压、压制、复合、混合、涂覆、氧化、气相沉积、机械化学处理、角度去除、球化、弯曲、热处理等。在人造石墨的情况下,石墨化处理之前或之后都可以是可能的,这些处理可以组合。人造石墨的示例可以包括但不限于中间相碳微球(MCMB)、中间相碳纤维(MCF)和/或块状人造石墨(MAG)。
除了上述之外,负电极活性物质还可以包括例如选自包括硅的Si类活性物质、Sn类活性物质(例如,锡(Sn)或氧化锡颗粒和石墨类活性物质的混合物、锡颗粒和/或基于锡的合金)、金属锂和/或钛氧化物的化合物(诸如Li4Ti5O12)、氮化锂等之中的至少一种负电极活性物质。
如果(例如,当)负电极浆料的固体含量(例如,量)大于或等于约40wt%且小于或等于约60wt%时,则如通过B型(类)粘度计测量的负电极浆料的粘度在25℃下可以大于或等于约1000mPa·s且小于或等于约8000mPa·s,例如,大于或等于约1500mPa·s且小于或等于约7000mPa·s。
该负电极浆料的粘度可以通过例如水溶性聚合物化合物的添加量来控制或选择。
在一个或更多个实施例中,期望在制备负电极浆料后,该粘度保持在上述范围(例如,在约1000mPa·s至约8000mPa·s的范围)内,并且随时间变化很小。
3-3、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂
根据一个或更多个实施例的可再充电电池的负电极混合物层和负电极浆料包括用于将负电极活性物质粘结在一起以将负电极混合物层涂覆在负电极集流体上(例如,涂覆到其上)的负电极粘结剂,并且负电极粘结剂可以是水溶性高分子化合物粘结剂,其由具有包括疏水性核和在疏水性核周围(例如,围绕疏水性核)的亲水性壳的核-壳结构的颗粒状粘结剂(其也可以称为根据一个或更多个实施例的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂,或第一粘结剂)和水溶性聚合物化合物(其也可以称为第二粘结剂)制成(例如,包括它们)。
水溶性聚合物化合物不受限制,例如,水溶性聚合物化合物可以是赋予负电极浆料良好的或合适的粘度的化合物,并且即使在制备负电极浆料之后经过一段时间也可以抑制或减少负电极活性物质的沉降,并且可以是例如羧甲基纤维素的碱金属盐。
如果(例如,当)负电极活性物质、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂和水溶性聚合物化合物粘结剂的总量为100wt%,则负电极浆料中水溶性聚合物化合物粘结剂的含量(例如,量)可以大于或等于约0.5wt%且小于或等于约2.0wt%。
如果(例如,当)水溶性聚合物化合物粘结剂的含量(例如,量)大于或等于约0.5wt%时,则其可以向用于涂覆负电极混合物层的负电极浆料提供良好的或合适的粘度,并且抑制或减少负电极浆料储存期间负电极活性物质的沉降。
另外,如果水溶性聚合物化合物粘结剂的含量(例如,量)小于或等于约2.0wt%,则用于涂覆负电极混合物层的浆料将不会过度(或基本上)粘稠,因此浆料可以以高固体状态涂覆并且可以有效地干燥以获得负电极。
如果(例如,当)负电极活性物质、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂和水溶性聚合物化合物粘结剂的总量为100wt%,则负电极浆料中的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的含量(例如,量)可以大于或等于约1.0wt%且小于或等于约3.0wt%。
如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的含量(例如,量)大于或等于约1.0wt%时,则如果(例如,当)负电极混合物层被涂覆、干燥和辊压(压制)时,则其可以抑制或减少负电极混合物层的破裂或剥离。
另外,如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的含量(例如,量)小于或等于约3.0wt%,则其抑制电极电阻的过度增大,并且可以获得具有良好的或合适的循环性能的负电极。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂可以是水分散型微粒,由于其表面由亲水性壳形成,因此其可以均匀地(例如,基本上均匀地)分散在作为用于负电极浆料的溶剂的水性溶剂(诸如水)中。例如,因为负电极粘结剂中的颗粒状粘结剂的表面可以包括亲水性壳,所以负电极粘结剂能够均匀地分散在水性溶剂中。
除了上述水之外,水性溶剂可以是水和可与水混溶的有机溶剂(例如,基于100wt%的有机溶剂,水含量(例如,量)大于或等于约50wt%的有机溶剂)的混合物。
可与水混溶的有机溶剂的示例包括水溶性醇。
通过湿式激光衍射散射法测量的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的平均粒度可以大于或等于约250nm且小于或等于约1000nm,例如,大于或等于约300nm且小于或等于约750nm。如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的平均粒度大于或等于约250nm时,则其可以改善电极混合物层与集流体之间的粘附性(例如,改善电极的剥离强度)并且还降低电池的内阻。另外,如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的平均粒度小于或等于约1000nm时,则其可以进一步抑制或减少在负电极浆料的涂覆和干燥工艺期间电极中裂纹的发生。
疏水性核由疏水性聚合物形成。疏水性核可以是球形的。疏水性聚合物可以是包括选自例如芳香族乙烯基单体的衍生物(例如,衍生自其的单元)、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和/或不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种的聚合物。
疏水性聚合物可以包括芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和/或不饱和羧酸酰胺单体的衍生物。
芳香族乙烯基单体的示例可以包括苯乙烯、对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、间叔丁基苯乙烯等。在这些之中,苯乙烯可以是合适的。
不饱和羧酸烷基酯单体的示例可以包括(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯等。
在这些之中,(甲基)丙烯酸2-乙基己酯可以是合适的。
(甲基)丙烯酸单体的示例可以包括(甲基)丙烯酸、衣康酸、马来酸、富马酸等。
不饱和羧酸酰胺单体的示例可以包括(甲基)丙烯酰胺、(甲基)N-甲基丙烯酰胺、(甲基)N-叔丁基丙烯酰胺、(甲基)N-羟甲基丙烯酰胺、(甲基)N-丁氧基甲基丙烯酰胺等。其他可共聚的单体可以包括(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯和/或二乙烯基苯。
亲水性壳可以形成为覆盖疏水性核的表面从而使得疏水性核能够分散在水性溶剂中,并且可以由水溶性聚合物制成(例如,包括水溶性聚合物)。水溶性聚合物可以包括选自例如(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和(甲基)丙烯腈单体的衍生物之中的至少一种。
水溶性聚合物可以包括丙烯酸-苯乙烯磺酸钠-丙烯腈三元共聚物(也称为AA-NaSS-AN共聚物)。
AA-NaSS-AN共聚物可以包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和(甲基)丙烯腈单体的衍生物。
基于100wt%的水溶性聚合物(例如,AA-NaSS-AN共聚物),水溶性聚合物(例如,AA-NaSS-AN共聚物)可以包括例如大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%的(甲基)丙烯酸单体的衍生物、大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%的苯乙烯磺酸钠单体的衍生物、以及大于或等于约10wt%且小于或等于约50wt%的(甲基)丙烯腈单体的衍生物。
水溶性聚合物(例如,AA-NaSS-AN共聚物)可以包括可与(甲基)丙烯酸单体、苯乙烯磺酸钠单体和/或(甲基)丙烯腈单体共聚的其他单体的衍生物,并且基于水溶性聚合物(例如,100wt%的AA-NaSS-AN共聚物),所述其他单体的衍生物的含量(例如,量)可以在大于约0wt%且小于或等于约20wt%的范围内。
如果(例如,当)AA-NaSS-AN共聚物中的(甲基)丙烯酸单体的衍生物的含量(例如,量)大于或等于约10wt%时,则丙烯酸-苯乙烯磺酸钠-丙烯腈共聚物(例如,AA-NaSS-AN共聚物)变得可溶于(例如,基本或适当可溶于)水,这改善了负电极活性物质的分散性和负电极浆料的保存稳定性。
另外,如果(例如,当)AA-NaSS-AN共聚物中的(甲基)丙烯酸单体的衍生物的含量(例如,量)小于或等于约50wt%时,则可以进一步抑制或减少负电极浆料的涂敷和干燥工艺中出现裂纹。
如果(例如,当)AA-NaSS-AN共聚物中的苯乙烯磺酸钠单体的衍生物的含量(例如,量)大于或等于约10wt%时,可以进一步抑制或降低水溶性共聚物(例如,AA-NaSS-AN共聚物)在电解液中的膨胀性质,并且可以进一步改善高温循环性能。
此外,如果AA-NaSS-AN共聚物中苯乙烯磺酸钠单体的衍生物的含量(例如,量)可以小于或等于约50wt%,则可以进一步抑制或减少负电极浆料的涂覆和干燥工艺期间出现裂纹。
如果AA-NaSS-AN共聚物中的(甲基)丙烯腈单体的衍生物的含量(例如,量)大于或等于约10wt%,则可以进一步改善负电极混合物层与负电极集流体的粘附性。
另外,如果AA-NaSS-AN共聚物中的(甲基)丙烯腈单体的衍生物的含量(例如,量)为50wt%或更低,则AA-NaSS-AN共聚物变得可溶于水,因此AA-NaSS-AN共聚物改善或增强负电极活性物质的分散性和负电极浆料的储存稳定性。
基于100wt%的AA-NaSS-AN共聚物,如果(例如,当)可与作为AA-NaSS-AN共聚物的原料的(甲基)丙烯酸单体、苯乙烯磺酸钠单体和/或(甲基)丙烯腈单体共聚的其他单体的衍生物的含量(例如,量)小于或等于约20wt%时,则可以抑制或减少在涂敷和干燥负电极浆料的工艺中出现裂纹以及在充电期间负电极混合物层从负电极集流体剥离。
(甲基)丙烯酸单体可以包括选自(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸的金属盐、(甲基)丙烯酸的铵盐和/或(甲基)丙烯酸的胺盐之中的至少一种。
(甲基)丙烯酸的金属盐例如可以为(甲基)丙烯酸的碱金属盐。
(甲基)丙烯酸的金属盐的示例可以包括丙烯酸钠、丙烯酸锂、丙烯酸钾、丙烯酸钙、丙烯酸镁、甲基丙烯酸钠、甲基丙烯酸锂、甲基丙烯酸钾、甲基丙烯酸钙等。
在这些之中,丙烯酸钠可以是合适的。
(甲基)丙烯酸的铵盐可以包括氨中和的(甲基)丙烯酸、单乙醇胺中和的(甲基)丙烯酸、二乙醇胺中和的(甲基)丙烯酸和/或羟胺中和的(甲基)丙烯酸。
在这些之中,氨中和的丙烯酸可以是合适的。
在AA-NaSS-AN共聚物中,可与(甲基)丙烯酸单体、苯乙烯磺酸钠单体和/或(甲基)丙烯腈单体共聚的其他单体可以是例如水溶性单体。水溶性单体的示例可以包括(甲基)丙烯酰胺、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、N-异丙基丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)丙烯酰胺、N-(2-羟乙基)甲基丙烯酰胺、2-羟乙基(甲基)丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基乙酰胺、乙烯基甲酰胺、乙烯醇等。
AA-NaSS-AN共聚物的分子量(重均分子量)可以大于或等于约300,000g/mol且小于或等于约2,000,000g/mol,例如,小于或等于约1,600,000g/mol或小于或等于约1,500,000g/mol。该重均分子量可以通过如在示例中描述的凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
如果(例如,当)AA-NaSS-AN共聚物的重均分子量在前述范围(例如,大于或等于约300,000g/mol且小于或等于约2,000,000g/mol(小于或等于约1,600,000g/mol或小于或等于约1,500,000g/mol)的范围)内,则不添加可交联单体的衍生物作为其他单体的衍生物是合适的。通过不添加可交联单体的衍生物,可以抑制或降低水溶性共聚物的水溶性降低,并且防止或降低负电极活性物质的分散性受损而导致循环性能降低。在一个或更多个实施例中,可交联单体可以广义地称为具有两个或更多个含烯不饱和键的化合物,并且示例可以包括亚甲基双丙烯酰胺、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯和/或二乙烯基苯。
通过B型(类)粘度计在25℃下测量的9.5wt%的AA-NaSS-AN共聚物的水溶液的粘度可以在大于或等于约500mPa·s且小于或等于约20,000mPa·s的范围内。如果(例如,当)AA-NaSS-AN共聚物的水溶液的粘度大于或等于约500mPa·s时,则负电极混合物层与负电极集流体的粘附性可以得到改善,并且可以获得良好的或合适的循环性能。另外,如果AA-NaSS-AN共聚物水溶液的粘度小于或等于约20,000mPa·s,则用于形成负电极混合物层的负电极浆料不适于过度(或基本上)粘稠,因此浆料可以以高固体状态涂覆,并且负电极浆料可以有效地干燥以获得负电极。在一个或更多个实施例中,如果(例如,当)在浆料、水溶液和/或水性分散体的形式下除去溶剂,则固体可以被称为剩余物。
负电极浆料中的固体含量(例如,量)被认为与干燥状态的负电极混合物层的重量相等。
基于100wt%的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂,疏水性核的含量(例如,量)可以大于或等于约90wt%且小于或等于约97wt%,并且亲水性壳的含量(例如,量)可以大于或等于约3wt%且小于或等于约10wt%。
如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂中的疏水性核的含量(例如,量)小于或等于约97wt%并且亲水性壳的含量(例如,量)大于或等于约3wt%时,则可以抑制或减少在充电和放电期间负电极混合物层从负电极集流体的剥离。
另外,如果(例如,当)用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂中的疏水性核的含量(例如,量)大于或等于约90wt%并且亲水性壳的含量(例如,量)小于或等于约10wt%时,则负电极混合物层与负电极集流体之间的粘附性(电极的剥离强度)是优异的或合适的,并且电池的内阻可以降低。
4、根据本实施例的用于制造用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的方法
根据一个或更多个实施例的负电极粘结剂(例如,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂)可以例如通过以下工艺制造。
4-1、水溶性共聚物(或水溶性聚合物)的合成
在烧瓶中,将(甲基)丙烯酸单体、苯乙烯磺酸钠单体、(甲基)丙烯腈单体和其他可聚合单体混合并搅拌,使得它们在包括氢氧化钠和/或氨的水溶液中适当地分离。
然后,将烧瓶内部用氮气置换并加热至60℃。
如果(例如,当)溶液的温度达到60℃时,则加入反应引发剂并引发聚合。
水溶性共聚物的水溶液可以通过在搅拌的同时进行反应而获得。
4-2、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的合成
将如上所述得到的水溶性聚合物的水溶液和作为上述疏水性聚合物的原料的单体放入到烧瓶中,然后将烧瓶内部用氮气置换并加热至60℃。当溶液的温度达到60℃时,加入反应引发剂并引发聚合。
在水溶性共聚物存在的情况下通过在搅拌的同时进行聚合反应,在水中以稳定分散的状态合成疏水性聚合物,并且得到用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的水性分散体。
在一个或更多个实施例中,在形成疏水性聚合物的聚合反应期间,水溶性聚合物的一部分可以与疏水性聚合物形成化学键(诸如离子键、氢键或共价键),或者疏水性聚合物和水溶性聚合物可以通过其他方法(诸如由疏水性聚合物和水溶性聚合物的纠缠引起的锚定效应)彼此固定。
用于水溶性聚合物和疏水性聚合物的反应引发剂可以是例如偶氮化合物(诸如α,α'-偶氮双异丁腈、2,2'-偶氮双(2-甲基-N-2-羟乙基丙酰胺)和/或2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物)、过硫酸盐(诸如过硫酸铵和/或过硫酸钾)等。
合成的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂可以通过干燥诸如水的溶剂(通过除去溶剂)来获得,但是它也可以用作呈水性分散体形式的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物。如果(例如,当)水性分散体用作用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物时,如果(例如,当)使用水性分散体时,则可以减少除去溶剂或用溶剂使用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂再膨胀的麻烦,并且合成的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂可以以其原始性质在负电极浆料中使用等。
在一个或更多个实施例中,作为用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物的溶剂,可以使用与上述负电极浆料中使用的溶剂相同的溶剂。
5、本实施例的效果
根据如上所述构造的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物、负电极浆料、由负电极浆料形成的负电极混合物层和负电极,可以实现以下效果。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂是具有包括疏水性核和亲水性壳的核-壳结构的颗粒状粘结剂。
疏水性核包括选自芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和/或不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种。
亲水性壳包括(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和/或(甲基)丙烯腈单体的衍生物。
基于100wt%的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂,疏水性核的含量(例如,量)大于或等于约90wt%且小于或等于约97wt%,亲水性壳的含量(例如,量)大于或等于约3wt%且小于或等于约10wt%。
通过湿式激光衍射散射法测量的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的平均粒度大于或等于约250nm且小于或等于约1000nm,从而与现有技术相比,改善了负电极混合物层与负电极集流体之间的粘附性,并且还降低了电池的内阻。
示例
在下文中,将通过一个或更多个示例更详细地描述本公开。然而,以下示例仅仅是本公开的示例,本公开不限定于以下示例。
在本示例中,首先,合成表1中描述的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A至H。
然后,制备包括这些用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A至H的负电极浆料,并且制造示例1至示例4以及对比示例1至对比示例5的可再充电电池单体,并评价这些可再充电电池单体。
在下文中,描述各个示例和对比示例。
水溶性聚合物的合成
将39.0g的丙烯酸、39.0g的对苯乙烯磺酸钠、42.0g的丙烯腈、202.9g的离子交换水和1975mg的2,2'-偶氮双(2-甲基-N-2-羟乙基丙酰胺)注入到烧瓶中,然后在85℃的聚合温度下聚合超过4小时。此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应的单体,然后向其中加入氨水和离子交换水以调节聚合物水溶液的固体含量(例如,量)和pH值,从而获得固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液。得到的水溶性聚合物的重均分子量为900,000g/mol、多分散度为3.1。另外,所得水溶性聚合物的9.5wt%聚合物水溶液在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有9200mPa·s的粘度。相反,因为几乎没有除去未反应的单体,所以将所用原料的含量(例如,量)用作水溶性聚合物中的各个单体的衍生物的含量(例如,量)。在本示例中,使用了分子量为900,000g/mol的水溶性聚合物,但不言而喻,水溶性聚合物可以具有除此之外的分子量。如果(例如,当)水溶性聚合物具有大于或等于300,000g/mol的分子量时,这是合适的,因为包括使用水溶性聚合物制造的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的负电极混合物层难以从负电极集流体剥离。另外,如果(例如,当)水溶性聚合物具有小于或等于2,000,000g/mol的分子量时,则水溶性聚合物不仅可以以合适的方法制备而不需要特殊工艺,而且可以防止或减少水溶性聚合物的水溶液具有过低(或基本上低)的浓度。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A的合成
将57.89g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与52.25g的丙烯酸2-乙基己酯、51.89g的苯乙烯和0.36g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为用于疏水性聚合物的原料)以及396.5g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将942mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A被稳定分散的状态,在粘结剂A中,由通过作为疏水性共聚物的原料的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯共聚制备的疏水性聚合物形成的疏水性核被由水溶性聚合物形成的亲水性壳覆盖。
水性分散体具有19.3wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应的单体,然后向其中加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而获得固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A)。
所获得的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A(固体含量(例如,量)为20wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有300mPa·s的粘度。
即使在该步骤(例如,动作或任务)中,由于几乎没有除去未反应的单体,因此以上使用的原料的含量为疏水性聚合物或用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂中的各个单体的衍生物的含量(例如,量)。
疏水性聚合物或用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂中的原料的含量和各组分含量(例如,量)的这种关系可以同样适用于除在这里描述的之外的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂。
另外,即使(例如,当)将如上所述制备的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂在10,000rpm下离心5分钟时,形成疏水性核的疏水性共聚物(即,疏水性聚合物)和形成亲水性壳的亲水性共聚物也没有分离,证实了疏水性核和亲水性壳彼此化学键合。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂B的合成
将57.89g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与52.25g的丙烯酸2-乙基己酯、51.89g的苯乙烯和0.36g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)以及396.5g离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将850mg的4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)溶解在20.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂B的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂B稳定地分散在水中的状态,在该粘结剂B中,由通过作为疏水性聚合物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯共聚制备的疏水性聚合物形成的疏水性核被由水溶性聚合物形成的亲水性壳覆盖。
水性分散体具有19.2wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应的单体,然后向其中加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而获得固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂B的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物B)。
所获得的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物B(固体含量(例如,量)为20wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有370mPa·s的粘度。
非水性电解液可再充电电池的粘结剂C的合成
将89.19g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与52.25g的丙烯酸2-乙基己酯、51.89g的苯乙烯和0.36g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)以及385.3g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将942mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂C的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂C稳定地分散在水中的状态,在该粘结剂C中,由通过作为疏水性共聚物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的共聚制备的疏水性聚合物形成的疏水性核被由水溶性聚合物形成的亲水性壳覆盖。
水性分散体具有19.4wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而得到固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂C的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物C)。
所获得的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物C(具有20wt%固体含量(例如,量)的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有480mPa·s的粘度。
非水性电解液可再充电电池粘结剂D的合成
将99.42g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与42.5g的丙烯酸2-乙基己酯、42.2g的苯乙烯和0.30g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)以及302.6g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将876mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。
在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂D的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂D稳定地分散在水中的状态,在粘结剂D中,由通过作为疏水性聚合物的原料的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯共聚制备的疏水性聚合物形成的疏水性核被由水溶性聚合物形成的亲水性壳覆盖。
水性分散体具有19.0wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而得到固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂D的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物D)。
所获得的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物D(固体含量(例如,量)为20wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有570mPa·s的粘度。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂E的合成
将157.89g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性共聚物水溶液与30.0g的丙烯酸2-乙基己酯、29.79g的苯乙烯和0.21g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)以及272.1g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将831mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。
在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂E的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂E稳定地分散在水中的状态,在该粘结剂E中,由作为疏水性聚合物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的共聚制备的疏水性聚合物被水溶性聚合物覆盖。
水性分散体具有15.0wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后添加氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH,从而获得固体含量(例如,量)为15wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂E的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物E)。
得到的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物E(固体含量(例如,量)为15wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有350mPa·s的粘度。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂F的合成
将270.68g的固体含量(例如,量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与30.0g的丙烯酸2-乙基己酯、29.79g的苯乙烯和0.21g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)和230.6g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将773mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。
在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂F的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂F稳定地分散在水中的状态,在粘结剂F中,由作为疏水性聚合物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的共聚产生的疏水性聚合物被水溶性聚合物覆盖。
水性分散体具有15.0wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后添加氨水和离子交换水,以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而得到固体含量(例如,量)为15wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂F的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物F)。
得到的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物F(固体含量(例如,量)为15wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有670mPa·s。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物G的合成
将57.89g的固体含量(例如量)为9.5wt%且pH值为7.5的水溶性聚合物水溶液与52.25g的丙烯酸2-乙基己酯、51.89g的苯乙烯、0.36g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)和2.1g的十二烷基苯磺酸钠以及396.5g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将942mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。
在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂G的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂G稳定地分散在水中的状态,在粘结剂G中,由作为疏水性聚合物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的共聚产生的疏水性聚合物被水溶性聚合物覆盖。
非反应性表面活性剂(例如,上述十二烷基苯磺酸钠)是与形成粘结剂的核的疏水性聚合物和形成粘结剂的壳的水溶性聚合物不发生聚合反应的表面活性剂。
水性分散体具有19.6wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后向其中加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而获得固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂G的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物G)。
得到的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物G(固体含量(例如量)为20wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有330mPa·s的粘度。
用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物H的合成
将2.5g的十二烷基苯磺酸钠与50.0g的丙烯酸2-乙基己酯、49.6g的苯乙烯和0.4g的1,4-丁二醇二丙烯酸酯(作为疏水性聚合物的原料)以及390.0g的离子交换水一起注入到烧瓶中,并且在将系统内部的温度升高至65℃之后,向其中加入通过将896mg的2,2'-偶氮双[N-(2-羧乙基)-2-甲基丙脒]四水合物溶解在10.0g的离子交换水中制备的引发剂溶液。
在65℃的聚合温度下进行聚合超过12小时,得到乳白色分散体。
该乳白色分散体是包括用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂H的液体。
该液体处于用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂H稳定地分散在水中的状态,在粘结剂H中,由作为疏水性聚合物的原料加入的丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的共聚制备的疏水性聚合物被十二烷基苯磺酸钠(一种非反应性表面活性剂)覆盖。
水性分散体具有20.3wt%的非挥发性组分,其是在反应后测量的。
此后,通过加热和减压蒸馏浓缩反应溶液以除去未反应单体,然后向其中加入氨水和离子交换水以调节固体含量(例如,量)和pH值,从而获得固体含量(例如,量)为20wt%且pH值为7.5的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂H的水性分散体(用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物H)。
得到的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物H(固体含量(例如,量)为20wt%的水性分散体)在B型(类)粘度计中在25℃和30rpm下具有80mPa·s的粘度。
平均粒径的测量
使用湿式激光衍射散射粒度分析仪(来自Malvern Panalytical有限公司的Mastersizer 3000E)测量调节至散射强度变为2%的浓度的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物在离子交换水中的体积加权平均粒径。结果如下示于表1中。
表1
示例1
使用如上所述获得的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A按以下顺序来制造锂离子可再充电电池单体。
负电极的制造
通过将石墨、用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A和羧甲基纤维素的钠盐以97.2:2.0:0.8的质量比分散并混合在离子交换水(用于负电极浆料的溶剂)中,来制备负电极混合物浆料。
随后,将负电极混合物浆料(例如,同时)涂敷到10μm厚的铜箔集流体的侧面(例如,相对的两个侧面),以在通过使用辊涂布机涂覆然后在120℃下干燥后形成每一侧面的负载量(面密度)为12mg/cm2的负电极混合物层。然后,将负电极混合物层辊压以使其具有1.60g/cc的密度,从而制造双面负电极。
正电极的制造
将质量粉末比为97.7:1.0:1.3的Li1.0Ni0.88Co0.1Al0.01Mg0.01O2、乙炔黑和聚偏氟乙烯分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(用于正电极浆料的溶剂)中,从而制备正电极浆料。随后,用逆辊涂布机将浆料(例如,同时)涂覆在作为集流体的铝箔的两个表面(例如,相对的两个表面)上并干燥,以形成涂覆量为19.8mg/cm2(面密度)的正电极混合物层,然后辊压以使其具有3.70g/cc的混合物层密度,从而制造正电极。
可再充电电池单体的制造
在将上述负电极和正电极分别切割成29mm×29mm和27mm×27mm的各正方形之后,将镍引线和铝引线焊接到其上,并且在其间插入聚乙烯多孔隔膜,将9个正电极与10个负电极堆叠以制造电极堆叠体。
随后,在将电极堆叠体储存在铝层压膜中且引线拉出铝层压膜并向其中注入电解液之后,密封铝层压膜以制造首次充电之前的可再充电电池单体。在这里,通过将1M的LiPF6和1wt%的碳酸亚乙烯酯溶解在以20/40/40(体积比)混合的碳酸亚乙酯/碳酸甲乙酯/碳酸二甲酯的溶剂中来制备电解液,并且电解液的注入量为1.25g。所制造的电池单体被设计成具有500mAh的容量。
例如,在用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂A的合成中,将水溶性聚合物水溶液与丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯组合以形成随后被亲水性壳覆盖的疏水性聚合物(核)。所得水性分散体的固体含量为20wt%,pH为7.5。使用该粘结剂制作负电极混合物浆料,将其涂敷到铜箔集流体并干燥,形成双面负电极。使用不同的浆料组合物类似地制备正电极。将电极与电解液一起组装成可再充电电池单体,得到设计成具有500mAh的容量的电池。
示例2
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物B代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
示例3
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物C代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
示例4
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物D代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
对比示例1
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物E代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
对比示例2
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物F代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
对比示例3
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物G代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
对比示例4
除了使用用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物H代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
对比示例5
除了使用改性苯乙烯丁二烯橡胶(在下文中,称为SBR)代替用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物A之外,以与示例1中的方式基本上相同的方式制造可再充电电池单体。
负电极和可再充电电池单体的评价
负电极的剥离强度
将辊压之前和之后的示例1至示例4和对比示例1至对比示例5的负电极中的每个切割成宽度为25mm、长度为100mm的矩形形状。随后,通过使用双面粘合带将其活性物质侧附着到不锈钢板,制备用于评价负电极剥离强度的样品。将样品安装在剥离测试仪(由Shimadzu Corp.制造的SHIMAZU EZ-S)上以测量180°剥离强度。将结果示于表2中。
直流(DC)电阻
根据示例1至示例4和对比示例1至对比示例5的可再充电电池单体在25℃的恒温器中以0.1CA的设计容量恒流充电至4.25V,然后持续恒压充电至4.25V,直到其达到0.05CA。随后,将单体以0.1CA恒流放电至2.8V。另外,在25℃的恒温器中,在4.25V的充电截止电压和2.8V的放电截止电压的条件下,对单体进行两次循环:以0.2CA恒流充电且以0.05CA恒压充电,然后以0.2CA恒流放电。
然后,以0.2CA对这些可再充电电池单体进行恒流充电到50%的充电容量,然后,在25℃下,分别以0.2CA、0.5CA、1CA和2CA各个电流恒流放电10秒,将10秒后的电流绘制在横轴上,将电压绘制在纵轴上。
利用所获得的曲线通过线性近似法绘制直线,其斜率被认为是电阻。将结果示于表2中。
首次充电后负电极混合物层的剥离的评价
在25℃下在恒温器中,将示例1至示例4和对比示例1至对比示例5的可再充电电池单体以0.1CA的设计容量恒流充电至4.25V,并且持续以0.05CA恒压充电至4.25V。随后,在干燥室中拆开可再充电电池单体,以根据以下标准用肉眼检查和评价负电极的状态。将结果示于表2中。
○:铜箔上的负电极混合物层没有剥离
×:铜箔上的负电极混合物层剥离
表2
示例和对比示例的结果的考虑
将表2的示例1至示例4与对比示例1至对比示例4进行比较,与对比示例相比,其中用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物具有含量(例如,量)在3wt%至10wt%的范围内的水溶性聚合物并且用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的平均粒径被调整为大于或等于约250nm的示例1至示例4表现出极大改善的负电极混合物层与负电极集流体的剥离强度,并且电池电阻也得到改善。
例如,在对比示例3和对比示例4中,通过使用除了水溶性聚合物之外的或代替水溶性聚合物的低分子乳化剂(非反应性表面活性剂)合成的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂被证实可能具有小的平均粒径。与示例1至示例4相比,剥离强度和电阻劣化。结果,如在示例1至示例4中,适合于通过不添加非反应性表面活性剂来制备用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂,并且可以认为适合于通过基本上不包含非反应性表面活性剂来制备用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂。
在一个或更多个实施例中,如果(例如,当)将用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂和用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物中的水溶性聚合物调节至3wt%至10wt%的含量(例如,量),并且增大用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的粒径,则如果(例如,当)压制时,则负电极混合物层和负电极集流体更可能通过锚定效应接合。
另外,具有大粒径的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂减少了负电极混合物层中用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂颗粒的数量,因此使负电极混合物层中的离子传导率的抑制尽可能小,从而降低了负电极的电阻。
因此,可以认为的是,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的粒径越大越好,但是证实,就抑制或减少颗粒的团聚而言,用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的合适粒径可以在小于或等于约1000nm的范围内。
另外,与苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)(对比示例5)(例如,对比示例5中使用的用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂)相比,示例1至示例4的非水性电解液可再充电电池单体表现出与使用SBR的情况相比相当的或更高的负电极混合物层与负电极集流体的剥离强度以及减小的电阻。例如,测试各种示例和对比示例以评价粘结剂组合物的性能。结果表明,与用低分子乳化剂(或非反应性表面活性剂)合成的粘结剂相比,水溶性聚合物含量为3%-10%且平均粒径为至少250nm的粘结剂表现出改善的剥离强度和减小的电池电阻。粘结剂中较大的粒径减少了负电极混合物层中的粘结剂颗粒的数量,增大了离子传导率并减小了电阻。发现增大的粒径小于或等于1000nm以防止团聚。与可比较的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)粘结剂相比,新粘结剂组合物表现出相当或优异的剥离强度和减小的电阻。
诸如“基本上”、“约”和“近似”的术语用作相对术语而不用作程度术语,并且旨在解释本领域普通技术人员将认识到的测量值或计算值的固有偏差。它们可以包括所陈述的值和如由本领域普通技术人员考虑到与该量的测量相关的限制和误差而确定的可接受的偏差范围。例如,“约”可以指一个或更多个标准偏差,或所陈述的值的±30%、±20%、±10%、±5%。
在这里公开的数值范围包括并且旨在公开相同数值精度的所有包含的子范围。例如,“1.0至10.0”的范围包括具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值的所有子范围,诸如以2.4至7.6为例。因此,申请人保留修改本说明书以及权利要求书的权利,以明确地叙述包含在这里明确叙述的范围内的任何子范围。
可以利用任何合适的硬件、固件(例如,专用集成电路)、软件或软件、固件和硬件的组合来实现根据这里描述的本公开的实施例的电池制造装置和/或任何其他相关装置或组件。例如,装置的组件可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或形成在单独的IC芯片上。此外,装置的组件可以在柔性印刷电路膜、载带封装件(TCP)、印刷电路板(PCB)上实现,或者形成在一个基底上。此外,装置的组件可以是在一个或更多个计算装置中的在一个或更多个处理器上运行的执行计算机程序指令并且与其他系统组件交互以执行这里描述的功能的进程或线程。计算机程序指令存储在存储器中,该存储器可以在使用标准存储器装置(诸如以随机存取存储器(RAM)为例)的计算装置中实现。计算机程序指令还可以存储在其他非暂时性计算机可读介质(诸如以CD-ROM、闪存驱动器等为例)中。此外,本领域技术人员应当认识到,在不脱离本公开的范围的情况下,可以将计算装置的功能组合或集成到单个计算装置中,或者特定计算装置的功能可以跨一个或更多个其他计算装置分布。
鉴于本公开的整体,本领域普通技术人员将理解,本公开的实施例的各个合适的特征可以部分地或全部地彼此组合或结合,并且可以以一种或更多种合适的方式在技术上互锁和操作,并且除非另外陈述或暗示,否则各个实施例可以以任何合适的方式彼此独立地或彼此结合地实现。
虽然已经结合目前被认为是实际的本公开的一个或更多个实施例描述了本公开,但是将理解的是,公开不限于所公开的一个或更多个实施例。相反,公开旨在涵盖包括在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的一个或更多个合适的修改和等同布置。
Claims (16)
1.一种粘结剂,所述粘结剂包括:
颗粒状粘结剂,具有包括疏水性核和亲水性壳的核-壳结构,
其中,
所述疏水性核包括选自芳香族乙烯基单体的衍生物、不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、(甲基)丙烯酸单体的衍生物和不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种,
所述亲水性壳包括选自(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和(甲基)丙烯腈单体的衍生物之中的至少一种,
基于100wt%的所述粘结剂,所述疏水性核的量大于或等于90wt%且小于或等于97wt%,
基于100wt%的所述粘结剂,所述亲水性壳的量大于或等于3wt%且小于或等于10wt%,并且
通过湿式激光衍射散射法测量的所述粘结剂的平均粒度大于或等于250nm且小于或等于1000nm,并且
其中,所述粘结剂是用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂。
2.根据权利要求1所述的粘结剂,其中,
所述亲水性壳包括水溶性聚合物,
所述水溶性聚合物包括选自所述(甲基)丙烯酸单体的衍生物、所述苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和所述(甲基)丙烯腈单体的衍生物中的至少一种,并且
在所述水溶性聚合物中,基于100wt%的所述水溶性聚合物,
所述(甲基)丙烯酸单体的衍生物的量大于或等于10wt%且小于或等于50wt%,
所述苯乙烯磺酸钠单体的衍生物的量大于或等于10wt%且小于或等于50wt%,并且
所述(甲基)丙烯腈单体的衍生物的量大于或等于10wt%且小于或等于50wt%。
3.根据权利要求2所述的粘结剂,其中,
所述水溶性聚合物的分子量为300,000g/mol至2,000,000g/mol。
4.根据权利要求1所述的粘结剂,其中,
所述疏水性核包括疏水性聚合物,所述疏水性聚合物包括选自所述芳香族乙烯基单体的衍生物、所述不饱和羧酸烷基酯单体的衍生物、所述(甲基)丙烯酸单体的衍生物和所述不饱和羧酸酰胺单体的衍生物之中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的粘结剂,其中,
所述疏水性核与所述亲水性壳化学键合。
6.根据权利要求1所述的粘结剂,其中,
不添加非反应性表面活性剂。
7.一种粘结剂组合物,所述粘结剂组合物包括:
根据权利要求1所述的粘结剂;以及
水性溶剂,
其中,所述粘结剂组合物是用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂组合物。
8.一种负电极浆料,所述负电极浆料包括:
根据权利要求7所述的粘结剂组合物;以及
负电极活性物质,
其中,所述负电极浆料是用于非水性电解液可再充电电池的负电极浆料。
9.一种负电极,所述负电极包括:
根据权利要求1所述的粘结剂;以及
负电极活性物质,
其中,所述负电极是用于非水性电解液可再充电电池的负电极。
10.根据权利要求9所述的负电极,其中,
所述负电极还包括水溶性聚合物化合物。
11.根据权利要求10所述的负电极,其中,
所述水溶性聚合物化合物为羧甲基纤维素的碱金属盐。
12.一种非水性电解液可再充电电池,所述非水性电解液可再充电电池包括:
根据权利要求9所述的负电极。
13.一种方法,所述方法包括以下步骤:
制备具有核-壳结构的颗粒状粘结剂,所述核-壳结构包括疏水性核和亲水性壳,
在构成所述亲水性壳的水溶性聚合物存在时,合成构成所述疏水性核的疏水性聚合物,
其中,所述水溶性聚合物包括选自(甲基)丙烯酸单体的衍生物、苯乙烯磺酸钠单体的衍生物和(甲基)丙烯腈单体的衍生物之中的至少一种,并且
其中,所述方法是用于制备用于非水性电解液可再充电电池的粘结剂的方法。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,
在合成所述疏水性聚合物的步骤中,使选自芳香族乙烯基单体、不饱和羧酸烷基酯单体、(甲基)丙烯酸单体和不饱和羧酸酰胺单体之中的一种或更多种单体聚合以合成所述疏水性聚合物。
15.根据权利要求13所述的方法,其中,
基于100wt%的所述粘结剂,所述疏水性核的量大于或等于90wt%且小于或等于97wt%,并且基于100wt%的所述粘结剂,所述亲水性壳的量大于或等于3wt%且小于或等于10wt%。
16.根据权利要求13所述的方法,其中,
通过湿式激光衍射散射法测量的所述粘结剂的平均粒度大于或等于250nm且小于或等于1000nm。
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