[发明专利]改进的二次锂离子电池和锂电容器电极组合物

说明书

本发明公开了设计为干燥的原位沉积物的电极材料，其包含至少一种金属螯合聚合物；一种能够可逆地嵌入锂离子的活性材料；多个电导体颗粒；粘合剂聚合物。使用非水溶剂而使该电极材料形成浆料。所述金属螯合聚合物可以是多酚聚合物；醛类、酮类或其混合物；和胺的反应产物。将该电极材料浆料沉积在集流体上并干燥以形成二次锂离子电池中的正极。该沉积的电极材料具有高的柔韧性、对集流体的粘附性、耐电解质腐蚀性和低的电阻。所述电极材料以较低的额外成本而形成优异的正极，并且没有增加工艺复杂性。

技术领域

本发明一般涉及含有非水电解质的电能存储器件，例如二次(即可再充电的)锂离子电池、锂离子电容器等。更具体而言，本发明提供用于这些器件中的正极，其具有改进的抵抗电解质中的电解质和酸的损害性以及改善的电极材料对电极的集流体的粘附性。还提供制备具有较少制造步骤的正极的方法，以及用于制备正极的组合物。

背景技术

在二次锂离子电池中，主要组分为正极、负极、通常位于正极和负极之间的可渗透隔板、以及非水的电解质溶液。所述正极和负极的电极包括覆盖有一层电极材料的集流体。所述电极材料通常在粘合剂中含有允许锂离子可逆地嵌入其自身的导电材料和活性材料。电极材料通常制备为浆料，将其施加于集流体上，然后在位置上进行干燥，以形成粘附到集流体上的电极材料层，即电极层。

在使用和再充电期间，锂离子电池等的电极层趋于膨胀和收缩。在这些膨胀和收缩的循环期间，重要的是保持集流体与电极层的活性材料之间的接触。用于将电极材料固定于集流体的粘合剂可有助于保持这种接触，但性能受到粘合剂特征的限制，例如柔韧性。因此，需要改善集流体和电极层之间的粘附性，使其能够抵抗由于器件的膨胀和收缩而引起的分层。

此外，在使用锂离子电池时，电解质中的HF和其他酸的水平会增加，最终会侵蚀含有活性材料的电极层以及集流体，这会缩短器件的使用寿命。因此，仍需要会防止这些酸损坏电极层及其与集流体的连接的材料。

最后，电极及其材料必须在一系列的高电流漏极(current drains)和高温下而满足上述标准。

这些问题的过去解决方案包括使用各种粘合剂材料、粘合剂的组合、更高含量的粘合剂、在集流体和电极材料之间使用导电底漆预涂层以增加粘合剂对集流体的粘附性。还多步骤地施加作为浆料的电极材料。US 2010/0248027已经尝试以多个步骤浇铸电极浆料，这是不希望的，这是因为其更昂贵并且需要额外的涂覆步骤和干燥步骤，使其在经济上不可行。迄今为止粘合剂和导电底漆的缺点是它们非常昂贵，因此它们的使用成本可能是一个限制因素。JP 2004-342504描述了尝试减轻由氢氟酸引起的性能降低的各种方法，这些方法通常在商业上是无用的，因为它们使用昂贵的添加剂，或者会导致如JP 2004-342504中描述的其他问题。此外，粘合剂和底漆的使用仍然需要多个加工步骤。因此，需要一种需要更少的加工步骤的更经济且高效的解决方案以实现希望的最终结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在集流体上形成电极层的电极材料，其包括至少一种金属螯合的聚合物。所述金属螯合聚合物提供以下益处的至少一个：增加电极材料与集流体的粘附性；降低电极的电阻；增加电极材料层对酸，例如HF的侵蚀的耐化学性；并且增加附着于集流体上的电极材料层(电极层)的柔韧性。

在一个实施方案中，本发明包含用于锂离子电存储器件的非水电极材料，其中所述器件包含：至少一种金属螯合的聚合物，其包含多酚聚合物；醛类、酮类或其混合物；和胺类的反应产物；其中所述金属螯合的聚合物能够与金属螯合并键合；一种能够可逆地嵌入锂离子的活性材料；多个电导体颗粒；以及粘合剂聚合物。

在另一个实施方案中，本发明包含用作锂离子电存储器件的正极的电极，其包括：集流体；并且，在电极集流体的至少一个表面上附着的由电极材料构成的电极层，该电极材料包含：至少一种金属螯合的聚合物，其包含多酚聚合物；醛类、酮类或其混合物；和胺类的反应产物，所述聚合物能够与金属螯合并键合；一种能够可逆地嵌入锂离子的活性材料；多个电导体颗粒；以及粘合剂聚合物。