用于阳极制造的高粘性加工的粉末状聚合物粘合剂的制作方法

本发明描述了一种作为用于可充电电池的阳极的粘合剂的组合物。该组合物包含通过研磨获得的非球形粉末状交联聚合物。该交联聚合物包含单体单元1,3丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)，并且该非球形粉末状交联聚合物具有180-450μm的粒度d(90)；该组合物进一步包含二氧化硅防结块剂。

背景技术：

1、可充电电池(也称为蓄电池(storage battery)、二次电池或蓄电池(accumulator))是一类可以多次充电、放电和再充电的电池。可充电电池对于创造更环保且更可持续的未来发挥着重要作用。

2、可充电电池包括阳极、阴极、电解液和隔膜。粘合剂也存在于可充电电池内，并且通常是橡胶聚合物。粘合剂固持活性材料和导电材料，它们然后被流延到电极的集流体上。

3、粘合剂在可充电电池的性能方面发挥着重要作用。首先，在流延到集流体上期间，粘合剂有助于将其他组分(例如，活性材料、导电材料)分散在液体中(其中一些还充当增稠剂)，从而实现均匀分布。其次，粘合剂将可充电电池的各种组分(包括活性材料和导电材料)与集流体固持在一起，从而确保良好的接触，通过化学或物理的相互作用，粘合剂将这些单独的部件桥接，从而使其保持在一起并确保电极的机械完整性，而不会在充电和放电期间显著影响电子或离子传导性。第三，粘合剂充当集流体与电解液之间的界面，并且因此可以保护集流体免受腐蚀。

4、粘合剂需要以下特征：柔性、不溶于电解液中、对集流体具有良好的粘附性、是化学和电化学稳定的、并且易于施加至集流体。

5、为了实现上述特征，粘合剂以及例如活性材料和导电材料在电极的集流体上的成功流延不仅取决于粘合剂本身，而且还取决于流延方法。

6、ep 3902855 a1披露了粉末状(粉状)组合物，其包含由单体单元丙烯腈、1,3-丁二烯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)组成的聚合物。该粉末状(粉状)组合物包含二氧化硅防结块剂。该粉末状(粉状)组合物具有在0.01至4mm范围内的平均粒径。该粉末状(粉状)组合物用于生产具有良好混合特征的轮胎胎面，其中同时改进了抗湿滑性、干抓地性和滚动阻力。ep 3902855 a1没有披露包含单体单元甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)的聚合物。

7、ep 3053938 a披露了微凝胶聚合物，其包含单体单元丙烯腈、1,3-丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)。通过喷雾干燥对该聚合物进行处理，以提供平均粒径为2至500μm的球形或几乎球形的微凝胶颗粒团聚体。该微凝胶聚合物是可以容易地掺入热固性组合物如塑料中的添加剂，用于改进到断裂点的冲击强度和能量吸收，同时保持如机械强度、玻璃化转变温度和弹性模量等品质。

8、j.-h.lee等人的文章(journal of power sources[电源杂志]147(2005)249-255)披露了使用乳化的苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)聚合物和羧甲基纤维素钠(cmc)混合物作为阳极粘合剂对阳极表面进行流延的常规方法。j.-h.lee等人的文章披露了含有相对低的35％的固体重量分数的粘合剂混合物预流延物。

9、需要提供改进的粘合剂组合物、该粘合剂组合物用于可充电电池中的阳极的用途以及一种用于制造阳极的方法。

技术实现思路

1、在第一方面，本发明涉及一种组合物。该组合物包含通过研磨获得的非球形粉末状交联聚合物。该交联聚合物包含单体单元1,3丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)，并且该非球形粉末状交联聚合物具有180-450μm的粒度d(90)；该组合物进一步包含二氧化硅防结块剂。

2、在另一个方面，本发明涉及上述组合物作为用于可充电电池的阳极的粘合剂的用途。

3、在另一个方面，本发明涉及一种用于可充电电池的阳极的粘合剂组合物。该用于阳极的粘合剂组合物包含含有通过研磨获得的非球形粉末状交联聚合物的组合物。该交联聚合物包含单体单元1,3丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)，并且该非球形粉末状交联聚合物具有180-450μm的粒度d(90)；该组合物进一步包含二氧化硅防结块剂。该粘合剂组合物还包含导电材料。该粘合剂组合物还包含活性材料。

4、在另一个方面，本发明涉及一种用于制造阳极的方法。该方法包括向挤出机中提供包含通过研磨获得的非球形粉末状交联聚合物的组合物。该交联聚合物包含单体单元1,3丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯(hema)和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(tmptma)，并且该非球形粉末状交联聚合物具有180-450μm的粒度d(90)；该组合物进一步包含二氧化硅防结块剂。该方法还包括向该挤出机中提供活性材料和导电材料，并且然后将所得挤出物层压至阳极集流体的表面。

5、已经发现，在提供研磨颗粒时，相比于球形颗粒，它们对于作为粘合剂在阳极上应用更好，因为它们的非球形形状由于不规则形状而捕获和锚定活性材料和导电材料。这与使用根据现有技术的喷雾干燥颗粒形成对比，使用这些喷雾干燥颗粒导致活性材料和导电材料的滑动，由此导致粘合剂、活性材料和导电材料的不均匀团聚共混物，这进而导致粘合剂、活性材料和导电材料的团聚点，并且因此导致对集流体的差粘附性以及经涂覆的集流体的差品质。在粘合剂聚合物下，活性材料和导电材料具有更好的分布。根据本发明的颗粒已经被开发为对于基于挤出的加工展现出高的抗剪切性。

6、根据本发明的粉末是自由流动的并且有利于以高固体含量流延至集流体。这与使用胶乳溶剂体系的现有技术的涂覆方法形成对比，这些涂覆方法需要分批涂覆，因为第一涂层通常具有差的品质，并且因此需要在随后的步骤中重复现有技术的涂覆以堆积这些层。本发明消除了在集流体上流延时对相对高的溶剂含量的需求。

7、用于制造阳极的方法有利于加工用于制造阳极的高固体含量浆料和粒料。与现有技术的分批制造相比，该方法能够以高产量连续制造阳极，从而减少时间(例如，溶剂的干燥时间，使用基于溶剂的涂覆的多个涂覆步骤)和能量。作为糊状物离开挤出机的挤出聚合物是热的并且呈液体或糊状物形式，并且被直接施加至集流体表面。

8、与常规的基于溶剂的加工方法相比，该方法允许至少70％wt的固体含量加工。使用具有少量溶剂的高固体含量浆料减少了经涂覆的电极的干燥时间。

技术特征：

1.一种组合物，其包含：

2.根据权利要求1所述的组合物，其中，该交联聚合物进一步包含单体单元丙烯腈。

3.根据上述权利要求中任一项所述的组合物，其中，该聚合物包含以下量的这些单体单元：在99至32.5wt％范围内的1,3丁二烯、在0.5至10wt％范围内的甲基丙烯酸(羟乙基)酯、在0.5至7.5wt％范围内的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯以及在0至50wt％范围内的丙烯腈。

4.根据上述权利要求中任一项所述的组合物，其中，该二氧化硅防结块剂以相对于该交联聚合物3-15wt％的量存在。

5.根据上述权利要求中任一项所述的组合物作为用于可充电电池的阳极的粘合剂的用途。

6.一种用于可充电电池的阳极的电极组合物，其包含：

7.根据权利要求5所述的电极组合物，其中，该活性材料选自碳材料、导电聚合物、金属或其合金或其盐或其硫酸盐或其任何组合中的至少一种。

8.根据权利要求5-6中任一项所述的电极组合物，其中，该导电材料是基于碳的材料。

9.一种用于制造阳极的方法，该方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据权利要求1-4中任一项所述的组合物、活性材料和导电材料的总固体含量为至少70wt％。

11.根据权利要求5所述的方法，其中，该阳极集流体包含选自铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金或铂中的一种的金属。

技术总结
公开了一种组合物，其包含通过研磨获得的非球形粉末状交联聚合物，其中该交联聚合物包含单体单元1,3丁二烯、甲基丙烯酸(羟乙基)酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，并且该非球形粉末状交联聚合物具有180‑450μm的粒度D(90)。该组合物进一步包含二氧化硅防结块剂。这些组合物用作可充电电池的阳极中的粘合剂。

技术研发人员：斯文·布兰道,托马斯·弗吕,艾克·维格曼,沃尔夫冈·哈塞尔里德,阿尔诺·科韦德
受保护的技术使用者：阿朗新科德国有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/17