聚合物化合物、電極粘結(jié)劑組合物、電極和鋰二次電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及聚合物化合物、電極粘結(jié)劑組合物、電極和鋰二次電池。聚合物包括具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元。所述聚合物可進(jìn)一步包括具有非離子基團(tuán)的第三重復(fù)單元。所述聚合物可包括第一和第二聚合物，其各自包括具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元。所述第一聚合物的陽離子基團(tuán)可與所述第二聚合物的陰離子基團(tuán)形成分子間鍵，和所述第一聚合物的陰離子基團(tuán)可與所述第二聚合物的陽離子基團(tuán)形成分子間鍵。用于鋰二次電池的電極包括所述聚合物，和鋰二次電池采用所述電極。
【專利說明】聚合物化合物、電極粘結(jié)劑組合物、電極和鋰二次電池
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年10月11日提交的美國臨時(shí)申請N0.61/712666的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過參考引入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及聚合物、包括所述聚合物的用于鋰二次電池的電極、和采用所述電極的鋰二次電池。
【背景技術(shù)】
[0004]鋰二次電池具有高的電壓和高的能量，且因此在多種應(yīng)用中是有用的。例如，電動(dòng)車(例如，混合動(dòng)力電動(dòng)車(HEV)或插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車(PHEV))需要能夠在高溫下運(yùn)行、以大的電流充電或放電并且在充電之間具有長的壽命的電池。因此，電動(dòng)車需要具有良好的放電容量和壽命特性的鋰二次電池。
[0005]為了改善鋰二次電池的容量和壽命，已積極地研究了正極和負(fù)極物質(zhì)以及粘結(jié)劑(其組成鋰二次電池)。
[0006]作為用于鋰二次電池的負(fù)極的粘結(jié)劑，已使用了丁苯橡膠(SBR)的水分散體和羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)的混合物。Na-CMC保持活性物質(zhì)的可分散性和漿料的穩(wěn)定性。SBR的水分散體改善電極板的柔性和活性物質(zhì)層對(duì)于基材的粘結(jié)力。因此，這些材料的使用已常規(guī)地被認(rèn)為是重要的。然而，SBR是非導(dǎo)電性的(即，其不是導(dǎo)電性的)，且因此在電池中作為電阻，由此不利地影響電池的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的方面涉及聚合`物、包括所述聚合物的用于鋰二次電池的電極、和采用所述電極的鋰二次電池。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，聚合物包括具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元。所述聚合物的陽離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)分別與另一聚合物的陰離子基團(tuán)和陽離子基團(tuán)形成分子間離子鍵。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，電極粘結(jié)劑組合物包括所述聚合物和用于鋰二次電池的電極包括粘結(jié)劑。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，鋰二次電池包括所述電極。
[0011]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的新型聚合物用作用于鋰二次電池的電極的離子導(dǎo)電粘結(jié)劑時(shí)，所述電池可具有較低的內(nèi)阻，導(dǎo)致具有高的容量保持力(即，增加的壽命)的鋰二次電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的鋰二次電池的示意圖，和[0013]圖2為根據(jù)制備實(shí)施例5制備的聚合物的核磁共振譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的聚合物、制備其的方法、包括所述聚合物的電極、和包括所述電極的鋰二次電池。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的聚合物包括具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元。所述第一重復(fù)單元和所述第二重復(fù)單元可經(jīng)由離子鍵彼此結(jié)合(鍵合)。
[0016]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用語“所述第一重復(fù)單元和所述第二重復(fù)單元可經(jīng)由離子鍵彼此結(jié)合”和類似用語是指在聚合物的陽離子基團(tuán)(或陰離子基團(tuán))與同一聚合物的陰離子基團(tuán)(或陽離子基團(tuán))之間的分子內(nèi)離子鍵，或者在第一聚合物的陽離子基團(tuán)(或陰離子基團(tuán))與第二聚合物的陰離子基團(tuán)(或陽離子基團(tuán))之間的分子間離子鍵。
[0017]所述聚合物為在其分子結(jié)構(gòu)中具有陽離子基團(tuán)和陰離子基團(tuán)的兩性化合物。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元可各自位于聚合物的骨架(主鏈)或側(cè)鏈中。例如，考慮到用途、合成和功能，所述第一和第二重復(fù)單元可位于所述聚合物的側(cè)鏈中。
[0018]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述聚合物可在與具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元相同或不同的分子中包括陰離子基團(tuán)。在所述相同或不同的分子中的陰離子基團(tuán)為所述第一重復(fù)單元的陽離子基團(tuán)的反離子。
[0019]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，所述聚合物可在與具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元相同或不同的分子中包括陽離子基團(tuán)。在所述相同或不同的分子中的陽離子基團(tuán)為所述第二重復(fù)單元的陰離子基團(tuán)的反離子。
[0020]具有分子間結(jié)合到陰離子基團(tuán)的陽離子基團(tuán)的聚合物可通過如下制備:使具有具有陽離子基團(tuán)的單體和具有陰離子基團(tuán)的單體聚合以形成聚合物。然后，除去存在于所述聚合物中的所述陽離子基團(tuán)和所述陰離子基團(tuán)的相應(yīng)反離子，由此在所述聚合物中的所述陽離子基團(tuán)和所述陰離子基團(tuán)之間形成分子間離子鍵。該過程在下面詳細(xì)描述。
[0021]所述具有陽離子基團(tuán)的單體可由以下化學(xué)結(jié)構(gòu)A表示，和所述具有陰離子基團(tuán)的單體可由以下化學(xué)結(jié)構(gòu)B表示。化學(xué)結(jié)構(gòu)A-D和1-11為本發(fā)明的實(shí)施方式的示意性表示，且不意圖限制所述聚合物的范圍。
[0022]化學(xué)結(jié)構(gòu)A
[0023]
【權(quán)利要求】
1.聚合物化合物，包括第一和第二聚合物，所述第一和第二聚合物各自包括具有陽離子基團(tuán)的第一重復(fù)單元和具有陰離子基團(tuán)的第二重復(fù)單元，其中所述第一聚合物的陽離子基團(tuán)與所述第二聚合物的陰離子基團(tuán)形成分子間離子鍵，和所述第一聚合物的陰離子基團(tuán)與所述第二聚合物的陽離子基團(tuán)形成分子間離子鍵。
2.權(quán)利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重復(fù)單元和所述第二聚合物的第一重復(fù)單元各自獨(dú)立地選自由式I (a)、式1(b)和式3表示的重復(fù)單元:
式 1(a)

3.權(quán)利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第二重復(fù)單元和所述第二聚合物的第二重復(fù)單元各自由式4表示: 式4
4.權(quán)利要求1的聚合物化合物，其中所述第一或第二聚合物的至少一種進(jìn)一步包括由式23表示的第三重復(fù)單元: 式23
5.權(quán)利要求2的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重復(fù)單元和所述第二聚合物的第一重復(fù)單元的至少一種由式3表示，其中A和X組合形成-P(R’)(R’’)(R’’’)基團(tuán)或包括C1-C30烷基部分、羰氧基(-C00-)部分和末端_N(R’)(R’ ’)(R’ ’ ’)部分的單基團(tuán)。
6.權(quán)利要求2的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重復(fù)單元和所述第二聚合物的第一重復(fù)單元的至少一種由式I (a)或式I (b)表示，其中A為C2-C10雜環(huán)型環(huán)和X為-N(R’ ) (R，，)。
7.權(quán)利要求4的聚合物化合物，其中A和W組合形成羥基或包括C1-C30烷基部分、羰氧基部分和末端羥基部分的單基團(tuán)。
8.權(quán)利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物獨(dú)立地選自由式16、22、26(b)、27和29表不的聚合物:
式16
9.用于可再充電鋰電池的電極粘結(jié)劑組合物，包括: 含水溶劑；和 權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的聚合物化合物。
10.權(quán)利要求9的電極粘結(jié)劑組合物，其中基于所述電極粘結(jié)劑組合物的總重量，所述聚合物化合物以0.2-100重量％的量存在于所述電極粘結(jié)劑組合物中。
11.權(quán)利要求9的電極粘結(jié)劑組合物，其中所述第一聚合物由式14至22之一表示: 式14
12.權(quán)利要求9的電極粘結(jié)劑組合物，其中所述第一聚合物由式24(a)、24(b)、25(a)、25 (b)、26 (a)26 (b)或 27 至 29 之一表示:
式 24(a)
13.權(quán)利要求12的電極組合物，其中所述聚合物具有100-10,000的聚合度和5，000-1, 000, OOOg/摩爾的重均分子量。
14.可再充電鋰電池，包括: 包括第一電極活性物質(zhì)和權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的聚合物化合物的第一電極； 包括第二電極活性物質(zhì)的第二電極；和 電解質(zhì)。
15.權(quán)利要求14的可再充電鋰電池，其中所述第一電極為負(fù)極且所述第一電極活性物質(zhì)為負(fù)極活性物質(zhì)。
16.用于可再充電鋰電池的電極，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的聚合物化合物。
【文檔編號(hào)】C08F218/08GK103724523SQ201310472904
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月11日
【發(fā)明者】李范旭, 張范鎮(zhèn), 鄭惠先, 樸衫秦, 李寬九 申請人:三星Sdi株式會(huì)社