用于鋰電池的陽極材料和陰極材料的粘合劑材料的制作方法
【專利說明】用于鋰電池的陽極材料和陰極材料的粘合劑材料
[0001] 本發(fā)明涉及用于鋰電池的電極材料和粘合劑材料以及設(shè)置有所述電極材料和粘 合劑材料的鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子蓄電池具有陽極（負(fù)電極）和陰極（正電極）。
[0003] 陽極通常包含活性材料，所述活性材料也被稱為陽極活性材料并且例如可以為石 墨。陽極通常還包含粘合劑材料并且必要時包括導(dǎo)電添加劑。
[0004] 陰極通常包含另一種活性材料、所謂的陰極活性材料，所述陰極活性材料例如可 以為氧化鈷鋰（LiCoO2)。陰極通常還包含粘合劑材料和導(dǎo)電添加劑，例如乙炔炭黑和/或 工業(yè)炭黑。
[0005] 在蓄電池的充電或放電時，電極上的Li+離子可逆地插嵌（interkalieren)或脫 嵌。
[0006] 目前最經(jīng)常使用的粘合劑材料為聚偏氟乙烯（PVdF)。聚偏氟乙烯是電化學(xué)相對穩(wěn) 定的并且因此既可以用于陽極側(cè)也可以用于陰極側(cè)。然而聚偏氟乙烯具有低離子傳導(dǎo)性和 電子傳導(dǎo)性，不溶于水并且難以與通常在陽極中作為活性材料使用的石墨結(jié)合。
[0007] 丁苯橡膠（SBR)是更適用于陽極的粘合劑材料。丁苯橡膠可以通過存在的雙鍵相 比于聚偏氟乙烯與石墨顯著更好地結(jié)合，具有足夠的還原穩(wěn)定性并且也可以分散在水中。 丁苯橡膠在新型粘合劑系統(tǒng)中與羧甲基纖維素（CMC)共同使用。
[0008] 羧甲基纖維素出色地溶于水并且可以作為增稠劑（英文"Thickener"）用于調(diào)節(jié) 電極物料的粘度。雖然羧甲基纖維素可以良好地結(jié)合活性材料，但是僅可以與丁苯橡膠組 合使用。
[0009] 然而丁苯橡膠和羧甲基纖維素僅可以在陽極側(cè)使用，因為這兩種粘合劑對于在陰 極側(cè)的使用不具有足夠的氧化穩(wěn)定性。
[0010] 丙烯酸酯橡膠（ACM)在陰極側(cè)顯示出出色的氧化穩(wěn)定性和良好的粘附性能。然而 與聚偏氟乙烯相同，丙烯酸酯橡膠僅可以分散或溶解在有機溶劑，例如N-甲基-2-吡咯烷 酮（NMP)中。
[0011] 關(guān)于其它可能的粘合劑材料的概括描述于Yamamoto等人的綜述文章 (Lithium-IonBatteries，Springer出版社，NY，2009,第 163-179 頁）中。
[0012] Hou等人（NanoLett.，10, 2010，第 2727-2733 頁），Courtel等人（J.Power Sources，196, 2011，第 2128-2134 頁），Veeraraghavan等人（J.PowerSources，109, 2002， 第 377-387 頁）和Witker等人（J.PowerSources，156, 2006,第 525-532 頁）討論了導(dǎo)電 的聚合物，例如聚-3, 4-亞乙基二氧噻吩（PEDOT)/聚苯乙烯磺酸酯（PSS)、聚噻吩或聚吡 咯，作為粘合劑材料的用途。
[0013] 公開文本W(wǎng)O2010/113876Al描述了一種用于鋰離子電池的正電極的粘合劑，所 述粘合劑包含用聚醚基、烷氧基、烷氧基烷基或聚醚取代的烷基所取代的聚噻吩。
[0014] 公開文本US2003/0091899Al描述了一種包含粘合劑的電極材料，所述粘合劑包 含水溶性導(dǎo)電的聚合物、水溶性聚合物和活性材料。
[0015] 公開文本EP1 881 544Al描述了一種二次鋰電池，所述鋰電池包含導(dǎo)電的聚合 物，例如聚苯胺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的主題是一種用于鋰電池（例如用于鋰離子電池）的電極材料，特別是陽 極材料或陰極材料，所述電極材料包含至少一種活性材料（例如鋰插嵌材料）以及至少一 種聚合物粘合劑。
[0017] 所述至少一種聚合物粘合劑特別為導(dǎo)電的。為此特別可以使用基于苯、苯胺、吡咯 和噻吩的聚合物，例如聚亞苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩，所述聚合物具有共軛31-電子 體系并且粘合劑由此可以具有導(dǎo)電性。
[0018] 因此有利地，電極中的"電荷轉(zhuǎn)移"阻力可以減小，并且例如陽極材料和/或陰極 材料中的活性材料更好地被電接觸。這又有利地使得有可能減少或者甚至完全取消導(dǎo)電 添加劑例如導(dǎo)電炭黑（例如乙炔炭黑（英文：AcetyleneBlack)和/或工業(yè)炭黑（英文： CarbonBlack))在材料中的份數(shù)。因此又可以有利地降低電極重量或升高活性材料占材 料的份數(shù)（例如用重量％和/或體積％表示）。這又使得有可能有利地提供具有更高比功 率[W/kg]或功率密度[W/1]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]的鋰電池，例如鋰離子 蓄電池。
[0019] 由于高的雙鍵份額或共軛電子體系，可以通過聚亞苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩 有利地實現(xiàn)相比于常規(guī)粘合劑（例如聚偏氟乙烯（PVdF))改進(jìn)的活性材料的結(jié)合。這種粘 合劑還可以有利地決定性地改進(jìn)穩(wěn)定性和因此特別還決定性地改進(jìn)陽極或陰極的品質(zhì)。
[0020] 在鋰電池或鋰離子蓄電池的電勢范圍內(nèi)，聚亞苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩還可 以有利地具有足夠高的電化學(xué)穩(wěn)定性。特別地，聚亞苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩在鋰電 池例如鋰離子電池的陰極的電勢范圍內(nèi)是氧化穩(wěn)定的，并且在鋰電池例如鋰離子電池的陽 極的電勢范圍內(nèi)是還原穩(wěn)定的。
[0021] 聚亞苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩還可以有利地具有高熔點。
[0022] 特別地，至少一種粘合劑可以選自如下化學(xué)通式的聚亞苯基：
[0023]
【主權(quán)項】
1. 一種用于鋰電池的電極材料，特別是陽極材料或陰極材料，所述電極材料包含至少 一種活性材料和至少一種導(dǎo)電的聚合物粘合劑，所述聚合物粘合劑選自 如下化學(xué)通式的聚亞苯基：
及其鋰鹽， 其中n和m分別表示重復(fù)單元的數(shù)目， 其中R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11，、R12,、R13,、R14,、R15,、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31 和R32 各自彼此獨立地表示-H、-0H、-SH、-C00H、-S03H、-N03 或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-S03H、_勵3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或 醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li,或用-OLi、-SLi、-COOLi和/ 或-SO3Li官能化的烷基， 其中至少R21 和 / 或R22 表示-0H、-SH、-C00H、-S03H、_勵3或-NO2，或 用-0H、-SH、-C00H、-S03H、_勵3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的 烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和 / 或-SO3Li官 能化的烷基，和 其中取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17' 和R18' 中至少一個表示-0H、-SH、_勵3或-NO2，或用-0H、-SH、-C00H、-S03H、_勵3和 /或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi或-SLi，或 用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，和 其中至少R31 和 / 或R32 表示-SH、-C00H、_勵3或-NO2，或用-0H、-SH、-C00H、-S03H、-NO3 和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi或-COOLi，或 用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其中所述至少一種粘合劑包含或為如下化學(xué)通式的聚 亞苯基：
其鋰鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的材料，其中取代基RUR2、R3和R4中至少一個表 示-0H、-SH、-C00H、-S03H、，03或-NO2，或用-0H、-SH、-C00H、-S03H、，03和 / 或-NO2官能 化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li, 或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的材料，其中