本申请系申请日为2012年07月19日、国际申请号为pct/us2012/047298、进入中国国家阶段后的国家申请号为201280030598.8、题为“水性氟聚合物组合物”的发明专利申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及一种对于制造锂离子电池(lib)的电极有用的水性氟聚合物组合物。该氟聚合物组合物包含一种有机碳酸酯化合物，它是比目前在水性氟聚合物粘合剂中使用的其他短效的助黏附剂更加环境友好的。特别有用的碳酸酯化合物是在室温下是固体的碳酸亚乙酯(ec)和碳酸亚乙烯酯(vc)，和在室温下是液体的其他碳酸酯类如碳酸亚丙酯、碳酸甲酯、和碳酸乙酯。本发明的组合物是低成本的、环境友好的、更安全的，并且与目前的组合物相比具有提高的性能。
发明背景
氟聚合物类是一个独特的材料家族，最经常用于要求异常高的性能、免维护、和服务寿命持久的地方。在氟聚合物类中，聚偏二氟乙烯(pvdf)具有极好的性能平衡和作为唯一的商业可接受的用于lib阴极的粘合剂以及作为在聚合物电池中的隔膜(separator)长久历史。这种有用性来自在pvdf主链中交替的、产生高偶极矩导致与一大批材料的良好附着性和相容性的ch2和cf2基团。
us5,776,637和us6,200,703描述了使一种在有机溶剂中、特别是在nmp中的pvdf粘合剂溶液与一种粉末状的电极材料混合，以形成在非水型电池中使用的一种电极。该有机溶剂的作用主要是溶解pvdf以在该有机溶剂蒸发时提供在这些粉末状的电极材料颗粒之间的良好的粘附性(不可逆的粘附性)和相互连接性。这些黏结的粉末状电极材料一同应该能够容许在充电和放电的循环过程中大体积的膨胀和收缩而不损失这些电极内部的相互连接性。在一个电极中这些活性成分的相互连接性在电池性能上(尤其是在充电和放电循环过程中)是极其重要的，因为电子必须移动穿过该电极到集电体上并且锂离子必须在活性材料的粉末状颗粒之内以及在阳极和阴极之间移动。为了实现所希望的性能，将pvdf粘合剂以20比1的比率溶解在大体积的有机溶剂(如nmp)中，并且随后与粉末状的电极形成材料混合以生产浆料，在流延并干燥时该浆料将形成电极。
一种基于有机溶剂的浆料代表安全、健康、和环境危险。有机溶剂类通常是有毒的并且可燃的、本质上是挥发性的，并且涉及多种特殊的制造控制以缓和并且减少环境的污染和安全风险。此外，与有机溶剂的使用相关联的大量的碳足迹不是在环境上所希望的。此外，额外的制造步骤与捕获并再循环大量的在浆料制备和电极制作中所使用的nmp有关。一种合适的水性氟聚合物(特别是基于pvdf的一种)连同合适的配方可以消除在制作用于二次锂离子电池的电极时对大体积的有机溶剂的需要、并且克服与这类溶剂的使用相关的环境危害。
存在着一种环境驱动的、以及安全驱动的愿望以便能够生产优异的、基于互连的pvdf的电极，而不大量使用有机溶剂。
为了在电极形成过程中有效利用水性浆料，重要的是开发与当前制造惯例相容并且提供了中间产物和最终产物的所希望的多种特性的多种粘合剂系统。一些常见的指标包括：a)具有足够的保质期的水生氟聚合物分散体的稳定性，b)在混合了粉末状材料之后浆料的稳定性，c)浆料的用于促进良好的水性流延的适当粘度，以及d)干燥之后不可逆的、在电极内足够的相互连接性。此外，从法规的角度，没有含氟表面活性剂类制造的氟聚合物是优选的。
名称为“电极添加剂”的us7,282,528说明了用于负极电极的氟聚合物分散体，它们是通过使用全氟化的表面活性剂类制造的。该专利未能传授或建议在胶乳中使用任何短效的助黏附剂，并且特别是使用有机碳酸酯类以提供并且促进在该电极中的不可逆的相互连接性。聚四氟乙烯(ptfe)粘合剂、或其他氟聚合物与50％或更多的ptfe的共混物是优选的并且示例出的。这些实例的负极电极使用了一种常规的基于溶剂的pvdf溶液。
us7,659,335描述了类似的用作电极粘合剂的氟聚合物分散体，在后聚合反应中使用了特定种类的非离子型稳定剂。ptfe也是优选的，因为熔融加工或溶解是基本上不可能的。没有提及短效的助黏附剂或向该胶乳添加有机碳酸酯类以在该电极之内提供相互连接性。由ptfe和pvdf粘合剂形成的这些最终电极在特性和加工上存在着巨大差异。ptfe聚合物具有非常高的熔点并且在常见的溶剂中展示出非常强的耐溶解性。其结果是，ptfe颗粒不能够软化、流动、并且粘附到粉末状的颗粒上以提供电极内的相互连接性。附加地，ptfe和其与其他氟聚合物的共混物不满足作为一种可行的粘合剂所需要的标准中的一些，包括水性氟聚合物分散体所需的稳定性。此外，ptfe粘合剂没有在电极内提供充分的不可逆的相互连接性。本发明的具有机碳酸酯的、基于水性pvdf的粘合剂展示出足够的货架稳定性，不需要浓缩步骤，并且在适当地按配方制造时提供了相互连接性。
在us20100304270中描述了一种用于制做电极的水性粘合剂，使用水代替使用常规的nmp溶液作为介质来制备浆料。所披露的浆料配方要求消泡剂、增稠剂、助黏附剂、和相对高的粘合剂负载量。总体而言，在该浆料配方中所使用的任何添加剂都可能对锂离子电池的长期性能具有消极影响，因为这些添加剂可以在阴极中氧化并且生成废气。存在对降低锂离子电池中非活性成分的量以提高能量密度的兴趣，所以，减少该浆料中的非活性材料是令人希望的。
出人意料地，已经发现的是水性含氟聚合物与作为一种短效的助黏附剂的有机碳酸酯的一种混合物能够提供一种用于锂离子电池的有效的、环境友好的水性粘合剂。一种特别有用的有机碳酸酯是在室温下是固体的碳酸亚乙酯(ec)，作为对粘合剂介质的添加剂，消除了对有机溶剂、润湿剂、或消泡剂用于浆料制备的需要。该水性氟聚合物组合物在干燥时提供了在活性成分之间的相互连接性和对集电体的足够的粘附性。尽管ec在室温下是固体，出人意料的是发现了向该水性氟聚合物添加ec对粉末状材料提供了良好的相互连接性和粘附性而不需要其他添加剂。
发明概述
本发明涉及一种组合物，该组合物包括：
a)具有0.5至150份的氟聚合物颗粒的固体的水性氟聚合物，这些颗粒具有小于500nm的重量平均粒度；
b)从10至500份的一种或多种粉末状的形成电极的材料；
c)从1至150份的一种有机碳酸酯；
d)100份的水；
所有的份都是基于100重量份水的重量份。优选地，该水性氟聚合物是一种基于聚偏二氟乙烯的聚合物。
本发明进一步涉及一种粘合剂，该粘合剂用于一个包括用本发明的水性氟聚合物制成的浆料涂覆的导电衬底的电极，并且涉及由本发明的一种或多种组合物生产电极的一种方法。
本发明进一步涉及一种具有至少一个由本发明的粘合剂制成的电极的非水型li-离子电池。
发明的详细说明
将在本申请中列出的全部参考文件通过引用结合在此。除非另外指明，否则在组成中的所有百分比是重量百分比；并且除非另外规定，所有分子量是作为重量平均分子量给出的。
与用水性组合物的聚合物粘合剂形成的一种电极相关，如在此使用的“不可逆的”意思是水性组合物干燥之后(其中聚合物粘合剂将粉末状的形成电极的材料粘合到各自上并且粘合至导电的基片上)聚合物粘合剂在水中并非是可溶的或者再分散的。不可逆性是由于以下事实：聚合物颗粒流动并且粘附至粉末状形成电极的材料上，这提供了电极内的相互连接性。这与由一种ptfe分散体或过量的水溶性增稠剂如羧基化的甲基纤维素(它们形成了一种粘合剂而没有相互连接性，并且因此当将这种涂层置于水中时它会再分散)形成的一种电极不同。
“相互连接性”意思是这些粉末状形成电极的材料是由该聚合物的粘合剂永久地粘结在一起的，从提供了电极内的低电阻以及高的离子迁移率。
现将就本发明的一个具体的实施例总体上描述实行本发明的方式，即：使用非氟化的乳化剂作为主要的乳化剂通过水性乳液聚合制备的、并且用于电极的制备的、基于聚偏二氟乙烯的聚合物。尽管已经就基于pvdf的聚合物总体上展示了本发明的方法，本领域的技术人员将认识到一般而言可以将类似的聚合技术应用到氟化单体的均聚物和共聚物的制备中以及它们的配制品中用于制备电极，并且更确切的是应用到偏二氟乙烯(vdf)、四氟乙烯(tfe)、和/或氯三氟乙烯(ctfe)与共反应单体(氟化的或者非氟化的)(如六氟丙烯、全氟乙烯醚、及其类似物)的均聚物或者共聚物中。尽管非氟化的表面活性剂是优选的，但是含氟表面活性剂的使用也是本发明所预期的。
pvdf
在此使用的术语“偏二氟乙烯聚合物”(pvdf)在其含义中包括通常高分子量的均聚物、共聚物以及三聚物。此类共聚物包括那些包含至少50摩尔百分比，优选至少75摩尔％，更优选至少80摩尔％，并且甚至更优选至少85摩尔％的偏二氟乙烯与一种或多种共聚单体的共聚的那些，该共聚单体选自下组，该组由以下各项组成：四氟乙烯、三氟乙烯、氯三氟乙烯、六氟丙烯、氟乙烯、五氟丙烯、四氟丙烯、三氟丙烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟丙基乙烯基醚、以及容易与偏二氟乙烯共聚的任何其他的单体。
在一个实施例中，该偏二氟乙烯聚合物中存在按重量计高达30％、优选高达25％、并且更优选高达15％的六氟丙烯(hfp)单元以及按重量计70％，更优选75％、更优选85％或者更多的vdf单元。所希望的是这些hfp单元是尽可能均匀分布的以便为pvdf-hfp共聚物在最终使用环境中(如在电池中)提供优异的尺寸稳定性。
用于电极组合物中的pvdf优选具有高的分子量。如在此使用的高的分子量意思是按照astm方法d-3835在450°f以及100-1秒下测量具有大于1.0千泊的熔体粘度的pvdf。
在本发明中使用的pvdf总体上是通过在本领域内已知的手段制备的，使用水性自由基乳液聚合反应-尽管也可以使用悬浮聚合、溶液聚合以及超临界co2聚合方法。在一个通常的乳液聚合法中，将一台反应器中装入去离子水、在聚合过程中能够乳化这些反应物块的水溶性表面活性剂以及任选的石蜡防污剂。将该混合物搅拌并且除氧。然后将一个预定量的链转移剂cta引入该反应器中，反应器的温度升至所希望的水平并且将偏二氟乙烯(以及有可能的一种或多种共聚单体)加入到该反应器中。一旦引入偏二氟乙烯的首次加料并且反应器中的压力已经达到希望的水平，则引入一种引发剂乳液或溶液以开始聚合反应。反应的温度可以根据使用的引发剂的特征而改变并且本领域的普通技术人员将知道怎样做这些。典型地该温度将是从约30℃至150℃，优选从约60℃至120℃。一旦反应器中已经达到了所希望的量的聚合物，则将停止进料单体，但可任选地继续引发剂的进料以消耗残余的单体。将残留气体(包含未反应的单体)排出并且从该反应器中回收胶乳。
在聚合反应中使用的表面活性剂可以是在本领域内已知的任何表面活性剂，该表面活性剂在pvdf乳液聚合中是有用的，包括全氟化的、部分氟化的、以及未氟化的表面活性剂类。优选地，本发明的pvdf乳液是没有含氟表面活性剂，其中在该聚合反应的任何部分中均未使用含氟表面活性剂。在该pvdf聚合反应中有用的非氟化的表面活性剂可以在性质上是离子的以及非离子的两者，包括但不限于：3-烯丙氧基-2-羟基-1-丙烷磺酸盐、聚乙烯膦酸、聚丙烯酸类、聚乙烯磺酸、以及它们的盐类、聚乙二醇和/或聚丙二醇以及它们的嵌段共聚物类、烷基膦酸盐以及基于硅氧烷的表面活性剂类。
pvdf的聚合反应产生了一种胶乳，该胶乳总体上具有按重量计10至60百分比，优选10至50百分比的固体水平，并且具有小于500nm，优选小于400nm，并且更优选小于300nm的重量平均粒度。该重量平均粒径总体上是至少20nm并且优选至少50nm。还可以加入额外的助黏附剂以改进粘合特征并且提供不可逆的连结性。可以将少量的一种或多种其他的水混溶性的溶剂(如乙二醇)混入该pvdf胶乳中以改进冷冻-融化稳定性。
在本发明中，pvdf聚合物粘合剂总体上在水性的形成电极的组合物中使用，然而若干不同的聚合物粘合剂类(优选所有的氟聚合物粘合剂类，并且更优选所有的pvdf粘合剂类)的一种共混物也可以使用。在一个实施例中，仅有可以被短效的助黏附剂软化的热塑性氟聚合物、具体的是有机碳酸酯类具体的、并且更具体的是ec，被用作聚合物的粘合剂。本发明的氟聚合物以对于100份水从0.5至150份、优选1至100份、并且更优选5至75份的氟聚合物存在于该水性氟聚合物组合物中。
有机碳酸酯类
除了该氟聚合物和水之外，本发明的水性浆料含有至少一种有机碳酸酯。该有机碳酸酯充当一种短效的助黏附剂以产生在由本发明的组合物形成的电极中所需要的相互连接性。如在此使用的“短效的助黏附剂”意思是一种试剂，该试剂在涂覆到一个基片上之后增加了组合物的相互连结性。然后该短效的助黏附剂能够从形成的电极上总体上通过蒸发(对于一种化学品)或通过消散(对于加入的能量)来去除。
本发明的有机碳酸酯类包括但不限于：
a)具有通式(r2)co3(r1)的碳酸酯类，其中r1和r2代表一个直链或支链的c1-4烷基基团，r1和r2可以是相同的或不同的。实例包括，例如：碳酸甲酯、碳酸乙酯、碳酸正丙酯、碳酸异丙酯、碳酸正丁酯、碳酸叔丁酯、碳酸甲-乙酯、碳酸甲-丙酯、碳酸乙-丙酯、碳酸甲-丁酯、和碳酸乙-丁酯；
b)碳酸亚乙酯cas#96-49-1具有35℃-38℃的熔点；
c)碳酸亚丙酯cas#108-32-7具有240℃的沸点；
d)碳酸亚丁酯异构体；以及
e)碳酸亚乙烯酯。
特别优选的有机碳酸酯类是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、和碳酸亚乙烯酯。碳酸亚乙酯是特别令人感意义的，因为虽然它在室温下是固体但是容易以任何份量溶解在水中。
本发明的组合物含有每100重量份的水按重量计1至150份、优选从2至100份、并且更优选从10至50份的一种或多种有机碳酸酯。这些有用的液体状的有机碳酸酯类是可溶的或可混溶于水中的。这种有机碳酸酯充当一种增塑剂用于pvdf颗粒，使它们发粘并且能够在干燥步骤中充当多个离散的粘附点。pvdf聚合物颗粒在制造过程中能够软化、流动并且粘附到粉末状材料上，导致电极具有高的不可逆的连接性。在一个实施例中，这种有机碳酸酯是一种潜溶剂，它是在室温下不溶解或实质上膨胀pvdf树脂，但是在升高的温度下将使pvdf树脂溶剂化的一种溶剂。
粉末状的形成电极的材料
本发明的组合物包含每100份水10至500份，优选从20至400份，更优选25至300份的一种或多种形成粉末电极的材料。该粉末状形成电极的材料的性质取决于该组合物是否将被用以形成正极或者负极电极。在正极电极的情况下，活性电极材料可以是锂和/或一种过渡金属(包括但不限于钴、锰、铝、钛、或镍，以及磷酸铁、磷酸锰)的一种氧化物、硫化物或氢氧化物。还考虑了锂的复盐类以及三聚盐类。优选的正极电极材料包括但不限于：licoo2、linixco1-xo2、limn2o2、linio2、lifepo4、linixcoymnzom、linixmnyalzom其中x+y+z＝1，并且m是一个整数，该整数代表在氧化物中提供电子平衡的分子的氧原子数目；连同锂-金属氧化物类，如锂钴氧化物、磷酸铁锂、锂锰磷酸盐、锂-镍氧化物、以及锂-锰氧化物。
在负极电极的情况下，活性材料总体上是含碳的材料、纳米钛酸盐类、或能够掺杂锂离子的其他的基体。有用的含碳的材料包括但不限于：石墨、人造石墨、碳、碳黑、乙炔黑、酚醛树脂、沥青、焦油等。在本发明中还可以使用碳纤维。
pvdf固体与粉末状形成电极的材料的比例是从0.5-25重量份的pvdf固体比75至99.5重量份的粉末状电极材料，优选从0.5-15重量份的pvdf固体比85至99.5重量份的粉末状电极材料，更优选从1-10重量份的pvdf固体比90至99重量份的粉末状电极材料，并且在一个实施方案中从0.5-8重量份的pvdf固体比92至99.5重量份的粉末状电极材料。若使用了更少的pvdf，则不可以达到完全的相互连接性，而如果使用了更多的pvdf，则存在着导电性的降低，并且组合物还占据体积并且增加重量-而该组合物的一个用途是用于非常小而轻的电池。
其他添加剂
本发明的组合物任选的以有效量含有其他添加剂，如表面活性剂类或抗沉降剂类、润湿剂类、增稠剂类和流变改性剂类、填料类、均化剂类、消泡剂类、ph缓冲剂类、以及典型地用于水性配制品中同时满足所希望的电极要求的的其他辅助剂类。
本发明的组合物包含每100份水0至10份，优选从0.1至10份，并且更优选0.5至5份的一种或多种抗沉降剂类和/或表面活性剂类。将这些抗沉降剂类或表面活性剂类加入到pvdf分散体后聚合反应中，以总体上改进存储稳定性，并且在浆料制备过程中提供附加的稳定作用。有用的抗沉降剂类包括但不限于：离子物质类，如烷基硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐、膦酸盐的盐类(如，十二烷基硫酸钠以及十二烷基硫酸铵)和部分氟化的烷基硫酸盐、羧酸盐、磷酸盐、膦酸盐的盐类(如，由杜邦公司(dupont)在商标capstone下出售的那些)，以及非离子型表面活性剂类如tritonx系列(来自道公司(dow))以及pluronic系列(来自巴斯夫公司(basf))。在一个实施例中，仅使用阴离子表面活性剂或结合非离子表面活性剂。优选在组合物中存在没有氟化的表面活性剂，它是来自聚合过程中、或者在形成或浓缩一种水性分散体的附加的后聚合反应中的剩余的表面活性剂。
本发明组合物任选地包含每100份的水0至5份，优选从0至3份的一种或多种湿润剂。表面活性剂能够起湿润剂的作用，但是湿润剂还可以包括非表面活性剂。在某些实施方案中，该湿润剂可以是一种有机溶剂。已经发现，可任选地湿润剂的存在允许一种或多种粉末状的电极材料进入偏二氟乙烯聚合物的水性分散体中的均匀分散。一些电极材料，如含碳的材料在没有使用湿润剂时不会在一种水性分散体中分散。有用的湿润剂包括但不限于离子型以及非离子型表面活性剂类，如triton系列(来自道公司)和pluronic系列(来自巴斯夫公司)，以及与水性分散体相容的有机液体，包括但不限于nmp、dmso、以及丙酮。
本发明的组合物可以包含每100份的水0至10份，优选从0至5份的一种或多种增稠剂或流变改性剂。将水溶的增稠剂或流变改性剂加入以上的分散体中防止或减慢了粉末状电极材料的沉降，同时给一个流延过程提供了适当的浆料粘度。有用的增稠剂包括但不限于acrysol系列(来自道化学公司)；部分中和的聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸)，如来自路博润公司(lubrizol)的carbopol；以及羧基化的烷基纤维素，如羧基化的甲基纤维素(cmc)。配方的ph的调节能够改进一些增稠剂的效果。除有机流变改性剂类之外，还可以单独或结合使用无机流变改性剂类。有用的无机流变改性剂类包括但不限于无机流变改性剂类，包括但不限于：天然粘土类如蒙脱土以及膨润土，人造粘土类如合成黏土，以及其他的如硅石、以及滑石。
本发明的增稠剂类在包含pvdf和粉末状的电极材料的水性组合物中使用，而不以在jp2000357505参考文件中说明的作为一个第二涂覆组合物以纯的形式使用。
水性分散体配制品
本发明的水性形成电极的组合物能够以许多不同的方式获得。
在一个实施例中，为了提供胶乳的适当存储稳定性，形成了一种pvdf分散体(优选不含有任何含氟表面活性剂)，并且将一种预定量的任何一种或多种抗沉降剂或者表面活性剂在水中稀释并且后加入至该pvdf分散体胶乳中，同时搅拌。向这种pvdf添加一种或多种任选的添加剂，同时搅拌。如果需要的话，可以调节ph以使增稠剂成为有效的。然后将一种或多种形成电极的粉末状材料和其他的多种成分加入到该混合物中。可能有利的是将一种或多种粉末状形成电极的材料分散在有机碳酸酯、潜溶剂或润湿剂中以在与水性pvdf粘合剂配制品混合之前提供对这些粉末状材料的润湿。然后将最终组合物经受高的剪切混合以确保该组合物中的粉末状材料的均匀分布。本发明的最终水性组合物应该具有一种粘度，该粘度有用于流延或涂覆在一个基片上。有用的粘度在25℃时20rpm下是在从2,000至20,000cps的范围内，取决于应用的方法。
这种水性分散体组合物对制造一种高品质且低成本的电极是非常关键性的。一种良好并且非常均衡的浆料配制品将有助于实现良好的分散体，这将不仅导致均匀且高品质的电极还将通过降低废品率而减少制造成本。此外，添加合适的分散剂将减少混合时间，这反过来将提高生产率。第二，此浆料配制品将影响浆料稳定性、浆料沉降时间、和粘度。不稳定的浆料将不仅增加生产成本(由于高的废品率)而且将导致低品质的产品(由于在电极厚度上的高度变化)。
该水性配制品能够影响电极性能，例如，在浆料配制品中的添加剂(如消泡剂、助成膜剂、润湿剂)具有在充电循环中被氧化并且生成废气趋势，而这对于lib是极其不希望的。出人意料地，当将该水性氟聚合物粘合剂与碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、和碳酸亚乙烯酯结合使用时，可以消除对全部这些添加剂的需求。
将水性电极组合物通过本领域内已知的多种手段施加在一种导电基片的至少一个表面上，以及优选地两个面的表面上，如通过刷子、辊、喷墨、橡皮滚子、泡沫涂布机、帘幕涂覆、真空涂覆、或喷洒。该导电基片总体上是薄的，并且通常由以下构成：箔片、一种金属(如铝、铜、锂、铁、不锈钢、镍、钛、或银)的筛或网。然后将该涂覆的导电基片干燥以形成一个有粘性的复合的电极层，然后可以将它压延，以提供在非水型电池中可用的一种互连的复合的电极。该水性电极组合物可以可任选地在升高的温度下烘焙以达到高的粘附强度。该干燥的电极可以可任选地在高的压力和高的温度下经受压延以进一步改进电极的粘附性。
本发明的水性电极组合物在加工中具有一个优点，在于：水具有的沸点低于通常使用的用于pvdf的溶剂的沸点，并且因此干燥得更快、或者在低于基于溶剂的pvdf组合物，并且低于含ptfe的组合物的温度下干燥。可以使用的处理温度为150℃或更低、120℃或更低、100℃或更低、并且甚至90℃或更低，并且产生了有用的电极。
使用本发明的水性涂层超过溶剂涂层的另一个优点，是一种水性pvdf分散体起一种粘合剂的作用，其中聚合物颗粒与粉末状的电极材料仅在特定的离散的点上粘合在一起以产生相互连接性，同时一种溶液涂层在粉末状的电极材料上形成一个连续的涂层。用溶液涂覆形成的连续的聚合物涂层，尽管非常薄，但是作为绝缘体，减少了导电性。
本发明的电极可以通过本领域内已知的多种方法用来形成一种电化学装置，如电池、电容器、双电层电容器、膜电极组件(mea)或燃料电池。一种非水型的电池可以通过将负极电极和正极电极放置在隔膜的各自侧来形成。该隔膜总体上是用电解液浸渍的聚合的多孔膜。
实例：
水性氟聚合物的合成：
向一个80加仑的不锈钢反应器充入345磅去离子水和250克普朗尼克(pluronic)31r1非离子型表面活性剂(来自巴斯夫)。抽空之后，以23rpm开始搅拌并且将该反应器加热到100℃。在反应器温度达到所希望的设定点后，将0.6磅丙烷充入到该反应器中。然后通过将约35磅的偏二氟乙烯(vdf)充入到该反应器中而将反应器压力升高至650磅/平方英寸。在反应器压力稳定后，向该反应器添加5.2磅的一种含有1wt％的过硫酸钾和1wt％的乙酸钠的水性引发剂溶液以启动聚合反应。调节进一步添加引发剂溶液的速率以获得并且维持大约70磅每小时的vdf聚合速率。该vdf均聚反应持续进行直到将100磅vdf进料到反应器中，此时，将1wt％的月桂基硫酸钠(sls)水溶液以与单体为1.5％的比率引进到该反应器中。在向该反应器添加了总计150磅的单体、和18.3磅的引发剂溶液后，全部进料停止。在20分钟之后，停止该搅拌并且将该反应器放空并回收该胶乳。胶乳具有27％的固体与155nm的粒度。向最终的胶乳，以对固体0.5％的比率添加sls溶液。通过使该胶乳凝结，用去离子水洗涤该胶乳，并干燥来分离出聚合树脂。该树脂具有在232℃下测量的24千泊的熔体粘度，163℃至168℃dsc熔点。
将碳酸亚乙酯(ec)添加到生成物胶乳中并且(命名为sps-2)其中ec与胶乳的比率是27/100wt/wt。
在60℃温度下的电池循环寿命
使用licoo2阴极的具有2.0ah的标称容量的两组18650电池，一组用sps-2制成并且另一组用sps-2加上nmp制成，并且使它们在60℃循环。60℃的结果是重要的，因为衰减速率通常在相对于室温升高的温度下更快。对于用1.5％的sps-2粘合剂制成的一对电池，和用1.5％wf加上5wt％的nmp制成的另一对电池确立了在60℃下的放电容量对比循环数。在100个循环后，电池损失其初始容量的约7％，表明sps-2出人意料地是对于锂离子电池阴极非常好的水基粘合剂。全部电池以1a放电至2.8v并且以1.5a充电至4.2v。