[发明专利]用于电池电极的水性浆料

说明书

技术领域

本发明涉及用于二次电池的电极。具体而言，本发明涉及用于含锂离子的电化学电池的浆料或糊状物。

背景技术

通常，通过将电化学活性电极材料附着到集电体上，来制备用于电化学电池的电极。已知的集电体为由导电性材料制得的刚性支持物或柔性金属箔。广泛使用的集电体材料的例子包括铜或铝，但是也可以使用其他材料。将电化学活性电极材料附着至集电体的方法包括层叠（lamination）、利用粘合剂粘贴或涂敷。这些制备电极的方法广泛用于现有技术中。

已知有多种多样的可电化学活化的电极材料或电化学活性电极材料用于制备不同的电池体系中的阳极和阴极，这取决于电池的不同应用场合。将电化学活性电极材料制成浆料或糊状物，随后将其涂敷到集电体上；或者是将浆料制成自支持层（self-supporting layer），随后将其附着到集电体上。

所述浆料或糊状物通常包含由可电化学活化的材料或电化学活性材料与用来形成糊状物/浆料的粘合剂材料形成的混合物。通常还加入其他成分，如导电性添加剂（即，炭黑、石墨、碳纤维、VGCF(气相生长碳纤维)等）。

本领域已知有许多种粘合剂材料。已经发现，当聚偏二氟乙烯（PVDF）或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）共聚物用作正极和负极浆料中的粘合剂材料时，其具有优异的化学和机械性能。具体而言，PVDF提供良好的电化学稳定性，并且对电极材料和集电体具有高粘附力。因此，PVDF是用于电极浆料的优选的粘合剂材料。然而，PVDF的缺点在于：PVDF只能溶解于诸如丙酮之类的一些特定的有机溶剂中，所述有机溶剂的使用要求特定的处理操作、生产标准，并且要求以环境友好的方式来回收有机溶剂。此外已知的是，PVDF在电池化学性质方面具有一定程度的长期不稳定性。

由于环境和处理方面的原因，优选使用水性溶液（aqueous solution）替代有机溶剂，并且已考虑使用水基浆料。本领域已知的可能能够用于水基浆料的粘合剂包括羧甲基纤维素（CMC）和丁苯橡胶（SBR）。在H.Buqa等人在Journal of Power Sources，161(2006)，617-622发表的论文“Study of a styrene butadiene rubber and sodium methyl cellulose as binder for negative electrodes in lithium-ion batteries（丁苯橡胶和甲基纤维素钠作为锂离子电池中负极用的粘合剂的研究）”中，描述了在水性溶液中使用SBR和CMC作为粘合剂、以及它们的电化学性能与PVDF在有机溶剂中的电化学性能的对比情况。

专利文献EP0907214（对应于US6,183,907）对丙烯腈-丁二烯橡胶与CMC的组合、在水性溶液中作为粘合剂的CMC和SBR的组合与在有机溶剂中的聚偏二氟乙烯进行了比较。

专利文献JP2000357505A描述了使用在水性分散液中的PVDF作为粘合剂材料。将有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）加入到所述溶液中。

专利文献JP2008135334提出了使用由PVDF制成的聚合物层，并在该聚合物层上涂敷包含CMC和SBR作为粘合剂材料的浆料。

人们已经进行了上述以及其他的尝试来将PVDF与水基浆料组合到一起，以便利用PVDF作为电极浆料粘合剂的已知优点，而不需要使用在生产过程中要求作特殊处理的有机溶剂，但是至今仍没有成功实现这一目标。

本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点。

发明内容

本发明提供了一种用于制备电化学电池用电极的浆料组合物或浆料。所述电化学电池可以为锂离子电池，并且可以为一次或二次电池。所述浆料包含在水性溶液中的聚丙烯酸（PAA）、羧甲基纤维素（CMC）、丁苯橡胶（SBR）和聚偏二氟乙烯（PVDF）中的至少三者的组合。所述浆料还包含电化学活性化合物或者可电化学活化的化合物。这样，可将PVDF用于水基浆料中，从而在保持PVDF的化学和电化学优点（即，电化学稳定性、层叠可行性、使用寿命稳定性、粘合剂含量降低从而能够实现更高的充放电率(C-rate)等）的同时，使处理更为容易、环境污染更少、并且成本降低。将PVDF与SBR和CMC或PAA联用也具有良好的粘合性能，使得能够在不使用额外粘合剂的情况下进行浆料的层叠和/或涂敷。