用于锂电池电极的高性能粘合剂的制作方法

本发明涉及包含衍生自亲水单体的重复单元的偏二氟乙烯共聚物，并涉及其作为用于li离子电池中的电极的粘合剂的用途。

背景技术：

1、本领域中已知氟聚合物适合作为粘合剂用于制造用于在电化学装置如二次电池中使用的电极。

2、特别地，wo 2008/129041(意大利索尔维特种聚合物股份有限公司(solvayspecialty polymers italy s.p.a.))披露了线性半结晶偏二氟乙烯(vdf)共聚物以及该共聚物作为锂离子电池的电极中的粘合剂的用途，该共聚物包含按摩尔计0.05％至10％的衍生自(甲基)丙烯酸单体的重复单元。

3、通常，已知增加氟聚合物分子量以提高由这些材料制成的制品的性能，特别是在机械特性方面和在电极与集流体的粘附性方面。

4、然而，增加氟聚合物分子量将增加包含其的电极形成配制品(也称为电极浆料)的粘度，使得电极制造中的处理和涂覆工艺更加困难。

5、在电池、值得注意地是锂电池的技术领域中，存在提供电极粘合剂的问题，这些电极粘合剂的特征是非常好的粘附性，同时不会对电极的制造工艺产生负面影响(如通过增加浆料粘度来生产电极)。

6、本发明通过结合电极制造工艺中的容易性(通过处理在低剪切速率下具有低粘度的电极形成配制品)来提供这一问题的解决方案，其允许提供对集流体具有非常高的粘附性的电极。

技术实现思路

1、已经发现，某些无规地包含某些含有氧化的官能团的乙烯基单体连同某些含羧基的乙烯基单体的偏二氟乙烯共聚物被赋予了对金属基材非常良好的粘附性，并且可以用于制备在低剪切速率下具有低粘度的电极形成组合物。

2、因此，本发明的一个目的是一种氟聚合物[聚合物(f)]，其包含：

3、-(i)衍生自偏二氟乙烯(vdf)单体的重复单元；

4、-(ii)衍生自至少一种具有式(i)的乙烯基单体(ha)的重复单元

5、r1r2c＝cr3-rx   (i)

6、其中r1、r2和r3，彼此相同或不同，独立地选自氢原子、卤素原子和c1-c5烃基，并且其中rx是包含至少两个独立地选自由以下组成的组的官能团的c3-c20直链或支链烃链部分：醚基(-o-)、酮基(-c＝o-)、环氧基、过碳酸基(-o-co-o-)和酯基(-oco-)；

7、-(iii)衍生自至少一种含羧基的乙烯基单体(ca)的重复单元，其中单体(ca)与单体(ha)不同；

8、其中相对于聚合物(f)的重复单元的总摩尔数，所述聚合物(f)中每种单体(ha)和(ca)的总量为按摩尔计至多5.0％、优选按摩尔计至多1.5％；并且

9、其中至少50％的单体(ca)无规分布在所述聚合物(f)中。

10、本发明的第二个目的涉及一种电极形成组合物(c)，该组合物包含：

11、a)至少一种电极活性材料(am)；

12、b)至少一种粘合剂(b)，其中粘合剂(b)包含至少一种如以上定义的聚合物(f)；以及

13、c)至少一种溶剂(s)。

14、在另一个目的中，本发明涉及该电极形成组合物(c)在用于制造电极[电极(e)]的方法中的用途，所述方法包括：

15、(a)提供具有至少一个表面的金属基材；

16、(b)提供如上定义的电极形成组合物(c)；

17、(c)将步骤(b)中提供的组合物(c)施用到步骤(a)中提供的金属基材的至少一个表面上，从而提供包括在至少一个表面上涂覆有所述组合物(c)的金属基材的组件；

18、(d)将步骤(c)中提供的组件干燥；

19、(e)使在步骤(d)中获得的经干燥的组件经受压缩步骤以获得本发明的电极(e)。

20、在另外的目的中，本发明涉及通过本发明的方法可获得的电极(e)。

21、在还另外的目的中，本发明涉及一种包括至少一个本发明的电极(e)的电化学装置。

1.一种氟聚合物[聚合物(f)]，其包含：

2.根据权利要求1所述的聚合物(f)，其中，式(i)中的rx是包含至少三个独立地选自由以下组成的组的官能团的c3-c20、优选c4-c15直链或支链烃链部分：醚基(-o-)、酮基(-c＝o-)、环氧基、过碳酸基(-o-co-o-)和酯基(-oco-)。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的聚合物(f)，其中，单体(ha)选自由以下组成的组：

4.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物(f)，其中，单体(ca)是具有式(ii)的化合物：

5.根据权利要求4所述的聚合物(f)，其中，单体(ca)选自由以下组成的组：

6.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物(f)，其中，聚合物(f)中的重复单元(ii)与重复单元(iii)之间的摩尔比优选地包括在20:1至1:20、优选10:1至1:10、更优选1:5至5:1的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物(f)，其中，单体(ha)和单体(ca)二者均无规分布在所述聚合物(f)中，并且无规分布的单体(ha)和(ca)的总百分比是至少50％、更优选至少70％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物(f)，其中，聚合物(f)包含具有式(iii)的端基：

9.根据权利要求8所述的聚合物(f)，其中，该二价基团ro选自由以下组成的组：

10.一种用于制备根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物(f)的方法，所述方法包括在自由基引发剂的存在下在水性介质中使偏二氟乙烯(vdf)单体、单体(ha)和单体(ca)以及可选地共聚单体(cf)聚合，所述方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其中，该自由基引发剂是有机过氧化物，优选选自由以下组成的组的有机过氧化物：二烷基过氧化物、二酰基过氧化物、过氧化酯和过氧化二碳酸酯。

12.一种电极形成组合物(c)，其包含：

13.根据权利要求12所述的电极形成组合物(c)在用于制造电极(e)的方法中的用途，所述方法包括：

14.一种电极(e)，其是通过根据权利要求13所述的方法可获得的。

15.一种电化学装置，其包括至少一个根据权利要求14所述的电极(e)。