聚合物化合物、电极粘结剂组合物、电极和锂二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及聚合物化合物、电极粘结剂组合物、电极和锂二次电池。聚合物包括具有阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元。所述聚合物可进一步包括具有非离子基团的第三重复单元。所述聚合物可包括第一和第二聚合物，其各自包括具有阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元。所述第一聚合物的阳离子基团可与所述第二聚合物的阴离子基团形成分子间键，和所述第一聚合物的阴离子基团可与所述第二聚合物的阳离子基团形成分子间键。用于锂二次电池的电极包括所述聚合物，和锂二次电池采用所述电极。
【专利说明】聚合物化合物、电极粘结剂组合物、电极和锂二次电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年10月11日提交的美国临时申请N0.61/712666的优先权和权益，其全部内容通过参考引入本文。
【技术领域】
[0003]本发明的实施方式涉及聚合物、包括所述聚合物的用于锂二次电池的电极、和采用所述电极的锂二次电池。
【背景技术】
[0004]锂二次电池具有高的电压和高的能量，且因此在多种应用中是有用的。例如，电动车(例如，混合动力电动车(HEV)或插电式混合动力电动车(PHEV))需要能够在高温下运行、以大的电流充电或放电并且在充电之间具有长的寿命的电池。因此，电动车需要具有良好的放电容量和寿命特性的锂二次电池。
[0005]为了改善锂二次电池的容量和寿命，已积极地研究了正极和负极物质以及粘结剂(其组成锂二次电池)。
[0006]作为用于锂二次电池的负极的粘结剂，已使用了丁苯橡胶(SBR)的水分散体和羧甲基纤维素钠(Na-CMC)的混合物。Na-CMC保持活性物质的可分散性和浆料的稳定性。SBR的水分散体改善电极板的柔性和活性物质层对于基材的粘结力。因此，这些材料的使用已常规地被认为是重要的。然而，SBR是非导电性的(即，其不是导电性的)，且因此在电池中作为电阻，由此不利地影响电池的寿命。
【发明内容】
[0007]本发明的方面涉及聚合`物、包括所述聚合物的用于锂二次电池的电极、和采用所述电极的锂二次电池。
[0008]根据本发明的一个方面，聚合物包括具有阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元。所述聚合物的阳离子基团和阴离子基团分别与另一聚合物的阴离子基团和阳离子基团形成分子间离子键。
[0009]根据本发明的另一方面，电极粘结剂组合物包括所述聚合物和用于锂二次电池的电极包括粘结剂。
[0010]根据本发明的又一方面，锂二次电池包括所述电极。
[0011]当根据本发明的实施方式的新型聚合物用作用于锂二次电池的电极的离子导电粘结剂时，所述电池可具有较低的内阻，导致具有高的容量保持力(即，增加的寿命)的锂二次电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为根据本发明的实施方式的锂二次电池的示意图，和[0013]图2为根据制备实施例5制备的聚合物的核磁共振谱图。
【具体实施方式】
[0014]在下文中，将描述根据本发明的实施方式的聚合物、制备其的方法、包括所述聚合物的电极、和包括所述电极的锂二次电池。
[0015]根据本发明的实施方式的聚合物包括具有阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元。所述第一重复单元和所述第二重复单元可经由离子键彼此结合(键合)。
[0016]在本发明的实施方式中，用语“所述第一重复单元和所述第二重复单元可经由离子键彼此结合”和类似用语是指在聚合物的阳离子基团(或阴离子基团)与同一聚合物的阴离子基团(或阳离子基团)之间的分子内离子键，或者在第一聚合物的阳离子基团(或阴离子基团)与第二聚合物的阴离子基团(或阳离子基团)之间的分子间离子键。
[0017]所述聚合物为在其分子结构中具有阳离子基团和阴离子基团的两性化合物。在本发明的实施方式中，具有阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元可各自位于聚合物的骨架(主链)或侧链中。例如，考虑到用途、合成和功能，所述第一和第二重复单元可位于所述聚合物的侧链中。
[0018]在本发明的实施方式中，所述聚合物可在与具有阳离子基团的第一重复单元相同或不同的分子中包括阴离子基团。在所述相同或不同的分子中的阴离子基团为所述第一重复单元的阳离子基团的反离子。
[0019]在本发明的实施方式中，所述聚合物可在与具有阴离子基团的第二重复单元相同或不同的分子中包括阳离子基团。在所述相同或不同的分子中的阳离子基团为所述第二重复单元的阴离子基团的反离子。
[0020]具有分子间结合到阴离子基团的阳离子基团的聚合物可通过如下制备:使具有具有阳离子基团的单体和具有阴离子基团的单体聚合以形成聚合物。然后，除去存在于所述聚合物中的所述阳离子基团和所述阴离子基团的相应反离子，由此在所述聚合物中的所述阳离子基团和所述阴离子基团之间形成分子间离子键。该过程在下面详细描述。
[0021]所述具有阳离子基团的单体可由以下化学结构A表示，和所述具有阴离子基团的单体可由以下化学结构B表示。化学结构A-D和1-11为本发明的实施方式的示意性表示，且不意图限制所述聚合物的范围。
[0022]化学结构A
[0023]
【权利要求】
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阳离子基团的第一重复单元和具有阴离子基团的第二重复单元，其中所述第一聚合物的阳离子基团与所述第二聚合物的阴离子基团形成分子间离子键，和所述第一聚合物的阴离子基团与所述第二聚合物的阳离子基团形成分子间离子键。
2.权利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重复单元和所述第二聚合物的第一重复单元各自独立地选自由式I (a)、式1(b)和式3表示的重复单元:
式 1(a)
3.权利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第二重复单元和所述第二聚合物的第二重复单元各自由式4表示: 式4
4.权利要求1的聚合物化合物，其中所述第一或第二聚合物的至少一种进一步包括由式23表示的第三重复单元: 式23
5.权利要求2的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重复单元和所述第二聚合物的第一重复单元的至少一种由式3表示，其中A和X组合形成-P(R’)(R’’)(R’’’)基团或包括C1-C30烷基部分、羰氧基(-C00-)部分和末端_N(R’)(R’ ’)(R’ ’ ’)部分的单基团。
6.权利要求2的聚合物化合物，其中所述第一聚合物的第一重复单元和所述第二聚合物的第一重复单元的至少一种由式I (a)或式I (b)表示，其中A为C2-C10杂环型环和X为-N(R’ ) (R，，)。
7.权利要求4的聚合物化合物，其中A和W组合形成羟基或包括C1-C30烷基部分、羰氧基部分和末端羟基部分的单基团。
8.权利要求1的聚合物化合物，其中所述第一聚合物独立地选自由式16、22、26(b)、27和29表不的聚合物:
式16
9.用于可再充电锂电池的电极粘结剂组合物，包括: 含水溶剂；和 权利要求1-8任一项的聚合物化合物。
10.权利要求9的电极粘结剂组合物，其中基于所述电极粘结剂组合物的总重量，所述聚合物化合物以0.2-100重量％的量存在于所述电极粘结剂组合物中。
11.权利要求9的电极粘结剂组合物，其中所述第一聚合物由式14至22之一表示: 式14
12.权利要求9的电极粘结剂组合物，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.权利要求12的电极组合物，其中所述聚合物具有100-10,000的聚合度和5，000-1, 000, OOOg/摩尔的重均分子量。
14.可再充电锂电池，包括: 包括第一电极活性物质和权利要求1-8任一项的聚合物化合物的第一电极； 包括第二电极活性物质的第二电极；和 电解质。
15.权利要求14的可再充电锂电池，其中所述第一电极为负极且所述第一电极活性物质为负极活性物质。
16.用于可再充电锂电池的电极，包括权利要求1-8任一项的聚合物化合物。
【文档编号】C08F218/08GK103724523SQ201310472904
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2012年10月11日
【发明者】李范旭, 张范镇, 郑惠先, 朴衫秦, 李宽九 申请人:三星Sdi株式会社