CA2928121A1 - Liant copolymerique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne donc un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30°C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80°C ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment intermédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
Description
LIANT COPOLYMÉRIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention est relative à un copolymère utile comme liant pour électrodes de batteries lithium-ion.
CONTEXTE DE L'INVENTION
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention est relative à un copolymère utile comme liant pour électrodes de batteries lithium-ion.
CONTEXTE DE L'INVENTION
[0002] Les batteries lithium-ion secondaires sont utilisées comme sources d'énergie dans les ordinateurs portables, les téléphones cellulaires, les outils électriques et les appareils = électroniques et de communication où elles permettent une réduction de taille et de poids. Au cours des dernières années, des batteries secondaires au lithium-ion ont également été utilisées pour les voitures électriques et les voitures hybrides. Il y a une forte demande pour des batteries lithium-ion secondaire avec un rendement élevé, de grande capacité, et une longue durée de vie pour ces dernières applications.
[0003] Une batterie lithium-ion secondaire comprend une électrode positive comprenant un oxyde métallique tel qu'un oxyde de lithium et de cobalt comme matériau actif, une électrode négative comprenant un matériau carboné tel que le graphite comme matériau actif, et une solution électrolytique comprenant typiquement des carbonates comme solvant. La batterie lithium-ion secondaire est chargée et déchargée par le mouvement des ions lithium entre l'électrode positive et l'électrode négative.
[0004] L'électrode positive est typiquement obtenue en appliquant une suspension épaisse composée du matériau actif et d'un liant sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode positive telle qu'une feuille d'aluminium, en séchant la suspension, puis en coupant le collecteur de courant dans une taille appropriée.
[0005] Similairement, l'électrode négative est obtenue en appliquant une suspension épaisse composée du matériau actif et un liant sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode négative telle qu'une feuille de cuivre, en séchant la suspension, puis en coupant le collecteur de courant dans une taille appropriée.
[0006] Les liants utilisés pour les électrodes de batteries lithium-ion secondaires ont pour rôle de lier les matériaux actifs les uns aux autres et de lier les matériaux actifs au collecteur de courant pour empêcher le décollement des matériaux actifs de la surface du collecteur de courant.
[0007] Les liants polymériques sont largement utilisés pour aider la cohésion et l'adhésion des matériaux actifs de batteries sur le collecteur.
Ces liants sont des polymères électro-chimiquement inactifs, stable et chimiquement inerte. Ils contribuent de façon significative à la masse et la stabilité de la batterie.
Ces liants sont des polymères électro-chimiquement inactifs, stable et chimiquement inerte. Ils contribuent de façon significative à la masse et la stabilité de la batterie.
[0008] En ce moment, le polymère le plus utilisé comme liant est le poly(difluorure de vinyle) (PVDF). Ce polymère est typiquement dissout dans un solvant toxique (N-méthyle pyrrolidone, (NMP)) et a une température d'ébullition très élevée (202 C). Bien que ce polymère soit très efficace comme liant et électro-chimiquement inerte, il comporte des problèmes notables au niveau de son utilisation industrielle, comme un coût de production élevé et une demande énergétique importante pour évaporer le solvant lors de la fabrication des électrodes. De plus, d'un point de vue électrochimique, l'utilisation d'une batterie avec un électrolyte liquide induit la formation de LiF, ce qui accélère la dégradation chimique du PVDF. Un autre facteur qui accélère la vitesse de dégradation de l'électrode est le manque de flexibilité du PVDF; l'effet de contraction et expansion occasionné par le cyclage engendrant la formation de fissures dans l'électrode.
[0009] Un autre enduit polymérique conventionnellement utilisé consiste en un mélange de caoutchouc de styrène-butadiène (SBR) et de cellulose méthylée (CMC). Le SBR permet d'avoir une bonne adhésion au collecteur tandis que le CMC aide à épaissir la dispersion et l'adhésion des matériaux actifs entre eux. Cependant, le SBR a un impact négatif sur la conductivité de l'électrode. De plus, bien que ce mélange soit fort efficace dans le cas du LiFePO4 et du LTO, il est peu efficace dans le cas du LCO par exemple.
[0010] Le poly(acrylonitrile) (PAN), le poly(acide acrylique) (PAA) et le poly (alcool vinylique) (PVA) ont aussi été utilisés comme liant polymérique pour des électrodes. Cependant, leur transition vitreuse plus haute que la température ambiante cause un manque de flexibilité.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0011] La présente invention concerne :
1. Un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30 C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80 C
ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment intermédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
2. Le copolymère selon l'item 1, dans lequel le copolymère comprend en outre un monomère D, qui est un monomère réticulable chimiquement dans l'eau, dans un ratio molaire d variant entre environ 0 et environ 0.10.
3. Le copolymère selon l'item 1 ou 2, dans lequel le copolymère est de formule suivante :
( A ) B _________________________ C ( -D ) a d dans laquelle :
A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
4. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 3 dans lequel la masse molaire de la chaîne pendante de POE varie entre environ 300 et environ 2000 g/mol.
5. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 4 dans lequel le monomère A est le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate.
6. Le copolymère selon l'item 5 dans lequel le monomère A est de formule :
a dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie dans l'item 4.
7. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -30 C et environ -60 C.
8. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B est de -40 C
ou moins, 9. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -40 C et environ -60 C.
10. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 9 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, un autre acrylate ou méthacrylate ayant une Tg d'environ -30 C ou moins, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
11. Le copolymère selon l'item 10 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
1. Un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30 C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80 C
ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment intermédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
2. Le copolymère selon l'item 1, dans lequel le copolymère comprend en outre un monomère D, qui est un monomère réticulable chimiquement dans l'eau, dans un ratio molaire d variant entre environ 0 et environ 0.10.
3. Le copolymère selon l'item 1 ou 2, dans lequel le copolymère est de formule suivante :
( A ) B _________________________ C ( -D ) a d dans laquelle :
A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
4. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 3 dans lequel la masse molaire de la chaîne pendante de POE varie entre environ 300 et environ 2000 g/mol.
5. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 4 dans lequel le monomère A est le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate.
6. Le copolymère selon l'item 5 dans lequel le monomère A est de formule :
a dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie dans l'item 4.
7. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -30 C et environ -60 C.
8. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B est de -40 C
ou moins, 9. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -40 C et environ -60 C.
10. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 9 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, un autre acrylate ou méthacrylate ayant une Tg d'environ -30 C ou moins, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
11. Le copolymère selon l'item 10 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
12. Le copolymère selon l'item 11 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, le vinyle éther de butyle.
13. Le copolymère selon l'item 12 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle.
14. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 13 dans lequel le monomère C est le styrène ou un de ses dérivés, l'acrylonitrile, le vinazene, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate de tert-butyle, l'acryloyl morpholine, le méthacrylate de phényle, ou un de leur mélange.
15. Le copolymère selon l'item 14 dans lequel le monomère C est le styrène ou l'acrylonitrile.
16. Le copolymère selon l'item 15 dans lequel le monomère C est le styrène.
17. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 16 comprenant l'acétone acrylamide en tant que monomère D.
18. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 17 dans lequel le monomère A est le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate, le monomère B est l'acrylate de n-butyle et le monomère C est le styrène, préférablement le copolymère est de formule suivante :
' a X
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à l'item 1.
' a X
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à l'item 1.
19. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 18 dans lequel le copolymère comprend plus l'acétone acrylamide en tant que monomère D, préférablement le copolymère est de formule suivante :
R
a = b c d 0 0'0 HN 0 dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à l'item 1 et d est tel que défini à l'item 2.
R
a = b c d 0 0'0 HN 0 dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à l'item 1 et d est tel que défini à l'item 2.
20. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 19 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du copolymère se situe entre environ 0 C et environ 20 C et préférablement entre environ 5 C et environ 10 C.
21. Le copolymère selon l'une quelconque des items 1 à 20 dans lequel la masse molaire (M,,) du copolymère est entre environ 100 000 g/mol et environ 300 000 g/mol et préférablement entre environ 150 000 g/mol et environ 200 000 g/mol.
22. Utilisation de copolymère tel que défini selon l'une quelconque des items 1 à 21 comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion.
23. Un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant un copolymère tel que défini selon l'une quelconque des items 1 à 21.
24. Une suspension comprenant un copolymère tel que défini selon l'une quelconque des items 1 à 21 suspendu dans de l'eau.
25. La suspension selon l'item 24 dans laquelle la suspension comprend environ 10 mol% et environ 20 mol% et préférablement entre environ mol% et environ 13 mol%.
26. La suspension selon l'item 24 ou 25 comprenant de plus un surfactant.
27. La suspension selon l'item 26 dans laquelle la suspension comprend entre environ 3 mol% et environ 7 mol% du surfactant.
28. La suspension selon l'une quelconque des items 24 à 27 dans laquelle le copolymère est réticulé.
29. Un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant une suspension telle que définie dans l'une quelconque des items 24 à 28.
30. Utilisation de la suspension telle que définie dans l'une quelconque des items 24 à 28 comme liant pour électrode de batterie lithium-ion.
31. Procédé de fabrication d'une électrode pour batterie lithium-ion comprenant les étapes suivantes a) fournir une suspension telle que définie selon l'une quelconque des items 24 à 27.
b) ajouter un matériau actif à la suspension, c) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode et d) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
b) ajouter un matériau actif à la suspension, c) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode et d) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
32. Procédé selon l'item 30, dans lequel l'étape a) comprend une réticulation du copolymère via le monomère D.
33. Procédé selon l'item 31, dans lequel l'étape a) utilise un composé
dihydrazine ou dihydrazide comme agent réticulant pour la réticulation du monomère D.
dihydrazine ou dihydrazide comme agent réticulant pour la réticulation du monomère D.
34. Procédé selon l'item 32, dans lequel l'étape a) utilise l'acide adipique dihydrazide comme agent réticulant.
35. Procédé selon l'une quelconque des items 30 à 33, dans lequel la procédé comprend en outre, après l'étape d), l'étape de couper le collecteur de courant d'électrode dans une taille appropriée.
36. Une suspension selon l'une quelconque des items 24 à 28 comprenant de plus un matériau actif pour électrode de batterie lithium-ion.
37. La suspension selon l'item 36 dans laquelle la suspension comprend entre environ 90% et environ 95% en poids du matériau actif basé sur le poids total de la suspension.
36. Une électrode pour batterie lithium-ion comprenant un collecteur de courant d'électrode ayant sur au point une partie, préférablement sur la totalité, de sa surface une membrane formée d'un mélange du copolymère tel que défini à l'une quelconque des items 1 à 21 et d'au moins un matériau actif.
39. Une batterie lithium-ion comprenant une électrode positive, une électrode négative et une solution électrolytique en contact avec l'électrode positive et l'électrode; l'électrode positive et/ou l'électrode négative étant une électrode selon l'invention telle que définie selon l'item 38.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
10012] La présente invention concerne donc un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30 C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80 C ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment intermédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
[0013] Dans des réalisations préférentielles, le copolymère comprend en outre un monomère D, qui est un monomère réticulable chimiquement dans l'eau, dans un ratio molaire d variant entre environ 0 et environ 0.10.
[0014] Dans des réalisations préférentielles, le copolymère est de formule suivante :
_____________________ B ____ C ( D ) a b ' c d (Formule 1) dans laquelle :
= A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et = a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
[0015] Tel que mentionné ci-dessus, le copolymère de l'invention comprend des segments hydrophile et hydrophobe. En autres mots, le copolymère est amphiphile. Les avantages de cette caractéristique seront expliqués dans les sections suivantes.
[0016] Aussi, toujours tel que mentionné ci-dessous, a, b, c et d sont des ratios molaires. C'est-à-dire que, par exemple, nombre de monomère A
. Ainsi donc, la somme de ces a = nombre total de monomère dans le copolymère ratios molaires (a + b + c + d) est nécessairement égale à 1. On remarquera que d varie entre environ 0 et environ 0.10. Lorsque d est 0, le monomère D
est absent.
[0017] Tel que mentionné ci-dessus, le monomère A est un dérivé de POE
de faible masse molaire, cette dernière caractéristique permettant d'éviter la cristallisation des chaînes pendantes de POE. De certaines réalisations de l'invention, la masse molaire de la chaîne pendante de POE varie entre environ 300 et environ 2000 g/mol.
[0018] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère A
est, par exemple, un polyéthylène glycol méthyle acrylate ou un polyéthylène glycol méthyle méthacrylate. Ainsi, le monomère A est de formule :
a 1-13C,( ' x (Formule 2) dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie ci-dessus.
[0019] Dans des réalisations de l'invention, le monomère B a, par exemple, une Tg entre environ -30 C et environ -60 C. Dans des réalisations, le monomère B a une Tg de -40 C ou moins, par exemple une Tg entre environ -40 C et environ -60 C.
[0020] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère B
peut-être, par exemple, de l'acrylate de n-butyle, tout autre acrylate ou méthacrylate ayant une Tg appropriée, tel que l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, etc., le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, le vinyle éther de butyle, préférablement de l'acrylate de n-butyle.
[0021] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère C
est, par exemple, le styrène et ses dérivés, ('acrylonitrile, le vinazene, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate de tert-butyle, l'acryloyl morpholine, le méthacrylate de phényle, ou un de leur mélange. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère C est le styrène ou l'acrylonitrile, préférablement le styrène.
[0022] Dans certaines réalisations de l'invention, le monomère D est absent.
[0023] Cependant, dans certaines autres réalisations l'invention, le monomère D est présent. Dans des réalisations préférentielles, le monomère D est, par exemple, de l'acétone acrylamide.
[0024] Dans certaines réalisations de l'invention, le copolymère n'est pas réticulé. Dans d'autres réalisations, le copolymère est réticulé via le monomère D.
[0025] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le copolymère comprend le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate en tant que monomère A, l'acrylate de ri-butyle (Te-49 C) en tant que monomère B et le styrène (Tr90 C) en tant que monomère C. Ainsi donc, le copolymère peut-être de formule suivante :
R
a El3C00 0 0 0 x CH3 (Formule 3) dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis ci-dessus.
[0026] Dans certaines réalisations de l'invention, le copolymère comprend de plus l'acétone acrylamide en tant que monomère D et est donc de formule suivante :
a = d (Formule 4) [0027] La température de transition vitreuse (Tg) du copolymère se situe entre environ 0 C et environ 20 C et préférablement entre environ 5 C et environ 10 C.
[0028] La masse molaire (Ma) du copolymère est entre environ 100 000 g/mol et environ 300 000 g/mol et préférablement entre environ 150 000 g/mol et environ 200 000 g/mol.
Méthode de manufacture du copolymère [0029] Le copolymère décrit ci-dessus peut être fabriqué par polymérisation en émulsion dans l'eau. On ajoute donc les monomères dans de l'eau. Selon leur solubilité avec l'eau, les monomères se retrouveront en solution dans l'eau (monomère A), dans des gouttelettes hydrophobes non-miscibles dans l'eau (monomère C) ou dans les deux milieux (monomères B), ce qui produit l'émulsion qui sert de milieu réactionnel. On utilise un initiateur aqueux de polymérisation radicalaire. L'initiateur peut être du persulfate de potassium ou tout autre initiateur soluble dans l'eau. Ceci cause, en début de réaction la polymérisation des monomères solubilités dans l'eau (i.e. le monomère A et une petite part du monomère B), créant ainsi le segment hydrophile du copolymère, suivi de la polymérisation des monomères dans les gouttelettes (la plus grande part du monomère B et le monomère C), débutant majoritairement par le monomère B, créant ainsi le segment intermédiaire, et se terminant majoritairement par le monomère C, créant enfin le segment hydrophobe.
Application de l'invention [0030] La présente invention concerne aussi l'utilisation du copolymère décrit ci-dessus comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion et donc, un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant ledit copolymère.
[0031] La présente invention concerne aussi une suspension.
[0032] Dans certaines réalisations de l'invention, la suspension comprend le copolymère décrit ci-dessus suspendu dans de l'eau. Dans le présent document, on référera parfois à cette suspension comme étant un cc latex .
Cette suspension peut-être utilisée comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion et l'invention concerne donc, un liant pour électrode de batterie c lithium-ion omprenant ladite suspension. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 10 mol% et environ 20 mol% et préférablement entre environ 10 mol% et environ 13 mol%. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend de plus un surfactant dans le but de stabiliser la suspension. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 3 mol% et environ 7 mol% du surfactant.
[0033] La présente invention concerne aussi une méthode de fabrication d'une électrode pour batterie lithium-ion. Cette méthode comprend les étapes suivantes :
a) fournir une suspension telle que décrite ci-dessus, b) ajouter un matériau actif à la suspension, c) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode, et d) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
[0034] Dans certaines réalisations de l'invention, l'étage a) comprend la réticulation du copolymère via le monomère D. Pour ce faire, on peut utiliser un composé dihydrazine ou dihydrazide, tel que l'acide adipique dihydrazide, comme agent réticulant. La réaction se fait à température ambiante en quelques minutes.
[0035] Dans certaines réalisations de l'invention, cette méthode comprend en outre, après l'étape d), l'étape de couper le collecteur de courant d'électrode dans une taille appropriée.
[0036] La présente invention concerne également une suspension telle que décrite ci-dessus dans laquelle le copolymère est réticulé.
[0037] La présente invention concerne également une suspension telle que décrite ci-dessus et qui comprend de plus un matériau actif pour électrode de batterie. lithium-ion Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 90% et environ 95% en poids du matériau actif basé sur le poids total de la suspension (i.e. incluant le matériau actif) .
36. Une électrode pour batterie lithium-ion comprenant un collecteur de courant d'électrode ayant sur au point une partie, préférablement sur la totalité, de sa surface une membrane formée d'un mélange du copolymère tel que défini à l'une quelconque des items 1 à 21 et d'au moins un matériau actif.
39. Une batterie lithium-ion comprenant une électrode positive, une électrode négative et une solution électrolytique en contact avec l'électrode positive et l'électrode; l'électrode positive et/ou l'électrode négative étant une électrode selon l'invention telle que définie selon l'item 38.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
10012] La présente invention concerne donc un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30 C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80 C ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment intermédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
[0013] Dans des réalisations préférentielles, le copolymère comprend en outre un monomère D, qui est un monomère réticulable chimiquement dans l'eau, dans un ratio molaire d variant entre environ 0 et environ 0.10.
[0014] Dans des réalisations préférentielles, le copolymère est de formule suivante :
_____________________ B ____ C ( D ) a b ' c d (Formule 1) dans laquelle :
= A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et = a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
[0015] Tel que mentionné ci-dessus, le copolymère de l'invention comprend des segments hydrophile et hydrophobe. En autres mots, le copolymère est amphiphile. Les avantages de cette caractéristique seront expliqués dans les sections suivantes.
[0016] Aussi, toujours tel que mentionné ci-dessous, a, b, c et d sont des ratios molaires. C'est-à-dire que, par exemple, nombre de monomère A
. Ainsi donc, la somme de ces a = nombre total de monomère dans le copolymère ratios molaires (a + b + c + d) est nécessairement égale à 1. On remarquera que d varie entre environ 0 et environ 0.10. Lorsque d est 0, le monomère D
est absent.
[0017] Tel que mentionné ci-dessus, le monomère A est un dérivé de POE
de faible masse molaire, cette dernière caractéristique permettant d'éviter la cristallisation des chaînes pendantes de POE. De certaines réalisations de l'invention, la masse molaire de la chaîne pendante de POE varie entre environ 300 et environ 2000 g/mol.
[0018] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère A
est, par exemple, un polyéthylène glycol méthyle acrylate ou un polyéthylène glycol méthyle méthacrylate. Ainsi, le monomère A est de formule :
a 1-13C,( ' x (Formule 2) dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie ci-dessus.
[0019] Dans des réalisations de l'invention, le monomère B a, par exemple, une Tg entre environ -30 C et environ -60 C. Dans des réalisations, le monomère B a une Tg de -40 C ou moins, par exemple une Tg entre environ -40 C et environ -60 C.
[0020] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère B
peut-être, par exemple, de l'acrylate de n-butyle, tout autre acrylate ou méthacrylate ayant une Tg appropriée, tel que l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, etc., le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, le vinyle éther de butyle, préférablement de l'acrylate de n-butyle.
[0021] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère C
est, par exemple, le styrène et ses dérivés, ('acrylonitrile, le vinazene, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate de tert-butyle, l'acryloyl morpholine, le méthacrylate de phényle, ou un de leur mélange. Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le monomère C est le styrène ou l'acrylonitrile, préférablement le styrène.
[0022] Dans certaines réalisations de l'invention, le monomère D est absent.
[0023] Cependant, dans certaines autres réalisations l'invention, le monomère D est présent. Dans des réalisations préférentielles, le monomère D est, par exemple, de l'acétone acrylamide.
[0024] Dans certaines réalisations de l'invention, le copolymère n'est pas réticulé. Dans d'autres réalisations, le copolymère est réticulé via le monomère D.
[0025] Dans des réalisations préférentielles de l'invention, le copolymère comprend le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate en tant que monomère A, l'acrylate de ri-butyle (Te-49 C) en tant que monomère B et le styrène (Tr90 C) en tant que monomère C. Ainsi donc, le copolymère peut-être de formule suivante :
R
a El3C00 0 0 0 x CH3 (Formule 3) dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis ci-dessus.
[0026] Dans certaines réalisations de l'invention, le copolymère comprend de plus l'acétone acrylamide en tant que monomère D et est donc de formule suivante :
a = d (Formule 4) [0027] La température de transition vitreuse (Tg) du copolymère se situe entre environ 0 C et environ 20 C et préférablement entre environ 5 C et environ 10 C.
[0028] La masse molaire (Ma) du copolymère est entre environ 100 000 g/mol et environ 300 000 g/mol et préférablement entre environ 150 000 g/mol et environ 200 000 g/mol.
Méthode de manufacture du copolymère [0029] Le copolymère décrit ci-dessus peut être fabriqué par polymérisation en émulsion dans l'eau. On ajoute donc les monomères dans de l'eau. Selon leur solubilité avec l'eau, les monomères se retrouveront en solution dans l'eau (monomère A), dans des gouttelettes hydrophobes non-miscibles dans l'eau (monomère C) ou dans les deux milieux (monomères B), ce qui produit l'émulsion qui sert de milieu réactionnel. On utilise un initiateur aqueux de polymérisation radicalaire. L'initiateur peut être du persulfate de potassium ou tout autre initiateur soluble dans l'eau. Ceci cause, en début de réaction la polymérisation des monomères solubilités dans l'eau (i.e. le monomère A et une petite part du monomère B), créant ainsi le segment hydrophile du copolymère, suivi de la polymérisation des monomères dans les gouttelettes (la plus grande part du monomère B et le monomère C), débutant majoritairement par le monomère B, créant ainsi le segment intermédiaire, et se terminant majoritairement par le monomère C, créant enfin le segment hydrophobe.
Application de l'invention [0030] La présente invention concerne aussi l'utilisation du copolymère décrit ci-dessus comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion et donc, un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant ledit copolymère.
[0031] La présente invention concerne aussi une suspension.
[0032] Dans certaines réalisations de l'invention, la suspension comprend le copolymère décrit ci-dessus suspendu dans de l'eau. Dans le présent document, on référera parfois à cette suspension comme étant un cc latex .
Cette suspension peut-être utilisée comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion et l'invention concerne donc, un liant pour électrode de batterie c lithium-ion omprenant ladite suspension. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 10 mol% et environ 20 mol% et préférablement entre environ 10 mol% et environ 13 mol%. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend de plus un surfactant dans le but de stabiliser la suspension. Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 3 mol% et environ 7 mol% du surfactant.
[0033] La présente invention concerne aussi une méthode de fabrication d'une électrode pour batterie lithium-ion. Cette méthode comprend les étapes suivantes :
a) fournir une suspension telle que décrite ci-dessus, b) ajouter un matériau actif à la suspension, c) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode, et d) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
[0034] Dans certaines réalisations de l'invention, l'étage a) comprend la réticulation du copolymère via le monomère D. Pour ce faire, on peut utiliser un composé dihydrazine ou dihydrazide, tel que l'acide adipique dihydrazide, comme agent réticulant. La réaction se fait à température ambiante en quelques minutes.
[0035] Dans certaines réalisations de l'invention, cette méthode comprend en outre, après l'étape d), l'étape de couper le collecteur de courant d'électrode dans une taille appropriée.
[0036] La présente invention concerne également une suspension telle que décrite ci-dessus dans laquelle le copolymère est réticulé.
[0037] La présente invention concerne également une suspension telle que décrite ci-dessus et qui comprend de plus un matériau actif pour électrode de batterie. lithium-ion Dans des réalisations préférentielles, cette suspension comprend entre environ 90% et environ 95% en poids du matériau actif basé sur le poids total de la suspension (i.e. incluant le matériau actif) .
[0038] La présente invention concerne également une électrode pour batterie lithium-ion comprenant un collecteur de courant d'électrode ayant sur au point une partie, préférablement sur la totalité, de sa surface une membrane formée d'un mélange du copolymère décrit ci-dessus et d'au moins un matériau actif.
[0039] Dans les réalisations de l'invention décrites ci-dessus, le collecteur de courant d'électrode et les matériaux actifs sont des collecteurs de courant d'électrode et des matériaux actifs conventionnellement utilisés dans les électrodes pour batteries lithium-ion. Ceux-ci sont bien connus de la personne versée dans l'art.
[0040] De plus, la présente invention concerne également une batterie lithium-ion comprenant une électrode positive, une électrode négative et une solution électrolytique en contact avec l'électrode positive et l'électrode;
l'électrode positive et/ou l'électrode négative étant une électrode selon l'invention telle que décrite ci-dessus.
l'électrode positive et/ou l'électrode négative étant une électrode selon l'invention telle que décrite ci-dessus.
[0041] Dans les réalisations de l'invention décrites ci-dessus, la solution électrolytique est une solution électrolytique conventionnellement utilisée dans les batteries lithium-ion. De telles solutions sont bien connues de la personne versée dans l'art.
Avantages de l'invention
Avantages de l'invention
[0042] Dans certaines réalisations de l'invention, l'un ou l'autre des avantages suivants pourraient être observé.
[0043] Le solvant utilisé, autant pour la polymérisation que pour la formation de la dispersion pour la fabrication d'électrode, est l'eau : un solvant respectueux de l'environnement et peu cher. De plus, le point d'ébullition bas de l'eau (comparé au NMP) est bénéfique dans le procédé de fabrication des électrodes au moins en terme de diminution des coûts énergétiques.
[0044] Aussi, dépendamment des matériaux actifs, la dispersion peut ne pas *nécessiter d'agent épaississant (CMC). Le caractère amphiphile du copolymère permet en effet une meilleure dispersion des matériaux inorganiques (matériau actifs) dans la dispersion pour fabriquer les électrodes.
[0045] De plus, le copolymère peut contribuer à la conductivité ionique de l'électrode ainsi le liant ne serait plus une masse inactive dans la batterie lithium-ion. Plus particulièrement, la partie hydrophile comprenant du poly(oxyde d'éthylène) permet d'augmenter la flexibilité, l'adhésion ainsi que la conductivité ionique de la membrane sur l'électrode. De plus, le POE est utile pour disperser les particules inorganiques et pour stabiliser la suspension où il permet de stabiliser les gouttelettes de polymère. Si la membrane est plus flexible, la durabilité de l'électrode augmente car la formation de fissure dans les électrodes pendant leur utilisation est limitée.
[0046] La partie hydrophobe est, entre autres, constituée d'un monomère ayant une température de transition vitreuse élevée, ce qui permet de moduler la température de transition vitreuse globale du copolymère en fonction des besoins de flexibilité et d'adhésion spécifiques aux matériaux d'électrode. Dans les cas où ce monomère comprend un cycle aromatique, ce dernier permet une meilleure dispersion du carbone par effet d'empilement
[0047] De plus, la stabilité de l'électrode lors du cyclage ainsi que l'adhésion peuvent être améliorées grâce à la réticulation du monomère D.
[0048] Enfin, la préparation du copolymère ne nécessite qu'une seule étape de synthèse.
[0049] D'autres objets, avantages et fonctions de la présente invention deviendront plus apparents lors de la description suivante de modes de réalisations possibles, donnés à titres d'exemples seulement, en relation aux figures suivantes.
RÉFÉRENCES
1. H. Yamamoto and H. Mon, in Lithium-Ion Batteries: Science and Technologies, 2009, pp. 163-179.
2. A. Guerfi, M. Kaneko, M. Petitclerc, M. Mori and K. Zaghib, Journal of Power Sources, 2007, 163, 1047-1052.
3. S. F. Lux, F. Schappacher, A. Balducci, S. Passerini and M. Winter, Journal of The Electrochemical Society, 157, A320-A325.
4. B. Tran, I. O. Oladeji, Z. Wang, J. Calderon, G. Chai, D. Atherton and L. Zhai, Electrochimica Acta, 88, 536-542.
5. S. L. Chou, Y. Pan, J. Z. Wang, H. K. Liu and S. X. Dou, Physical Chemistry Chemical Physics, 16, 20347-20359.
6. J.-T. Lee, Y.-J. Chu, X.-W. Peng, F.-M. Wang, C.-R. Yang and C.-C. Li, Journal of Power Sources, 2007, 173, 985-989.
7. Z. P. Cai, Y. Liang, W. S. Li, L. D. Xing and Y. H. Liao, Journal of Power Sources, 2009, 189, 547-551.
8. L. Gong, M. H. T. Nguyen and E.-S, Oh, Electrochemistry Communications, 29, 45-47.
9. H.-K. Park, B.-S. Kong and E.-S. Oh, Electrochemistry Communications, 13, 1051-1053.
10. D. Nguyen, H. S. Zondanos, J. M. Farrugia, A. K. Serelis, C. H. Such and B. S. Hawkett, Langmuir, 2008, 24, 2140-2150.
11. M. H. T. Nguyen and E.-S. Oh, Electrochemistty Communications, 35, 45-48.
12. J.-C. Daigle, A. A. Amold, L. Piche and J. P. Claverie, Polymer Chemistry, 4, 449-452.
13. N. Kessel, D. R. Illsley and J. L. Keddie, Journal of Coatings Technology Research, 2008, 5, 285-297.
14. A. Pich, Y. Lu and H. J. Adler, Colloid and Polymer Science, 2003, 281, 907-915.
=
RÉFÉRENCES
1. H. Yamamoto and H. Mon, in Lithium-Ion Batteries: Science and Technologies, 2009, pp. 163-179.
2. A. Guerfi, M. Kaneko, M. Petitclerc, M. Mori and K. Zaghib, Journal of Power Sources, 2007, 163, 1047-1052.
3. S. F. Lux, F. Schappacher, A. Balducci, S. Passerini and M. Winter, Journal of The Electrochemical Society, 157, A320-A325.
4. B. Tran, I. O. Oladeji, Z. Wang, J. Calderon, G. Chai, D. Atherton and L. Zhai, Electrochimica Acta, 88, 536-542.
5. S. L. Chou, Y. Pan, J. Z. Wang, H. K. Liu and S. X. Dou, Physical Chemistry Chemical Physics, 16, 20347-20359.
6. J.-T. Lee, Y.-J. Chu, X.-W. Peng, F.-M. Wang, C.-R. Yang and C.-C. Li, Journal of Power Sources, 2007, 173, 985-989.
7. Z. P. Cai, Y. Liang, W. S. Li, L. D. Xing and Y. H. Liao, Journal of Power Sources, 2009, 189, 547-551.
8. L. Gong, M. H. T. Nguyen and E.-S, Oh, Electrochemistry Communications, 29, 45-47.
9. H.-K. Park, B.-S. Kong and E.-S. Oh, Electrochemistry Communications, 13, 1051-1053.
10. D. Nguyen, H. S. Zondanos, J. M. Farrugia, A. K. Serelis, C. H. Such and B. S. Hawkett, Langmuir, 2008, 24, 2140-2150.
11. M. H. T. Nguyen and E.-S. Oh, Electrochemistty Communications, 35, 45-48.
12. J.-C. Daigle, A. A. Amold, L. Piche and J. P. Claverie, Polymer Chemistry, 4, 449-452.
13. N. Kessel, D. R. Illsley and J. L. Keddie, Journal of Coatings Technology Research, 2008, 5, 285-297.
14. A. Pich, Y. Lu and H. J. Adler, Colloid and Polymer Science, 2003, 281, 907-915.
=
Claims (39)
1. Un copolymère comprenant un monomère A dans un ratio molaire a variant entre environ 0.01 et environ 0.20, un monomère B dans un ratio molaire b variant entre environ 0.2 et environ 0.4 et un monomère C dans un ratio molaire c variant entre environ 0.50 et environ 0.70, le monomère A étant un monomère hydrophile comprenant une chaîne pendante de poly(oxyde d'éthylène) (POE) de faible masse molaire, le monomère B étant un monomère hydrophobe ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ -30°C ou moins, le monomère C étant un monomère plus hydrophobe que le monomère B et ayant une température de transition vitreuse (Tg) d'environ 80°C
ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment interrnédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
ou plus, le copolymère comprenant un segment hydrophile, un segment hydrophobe et un segment interrnédiaire situé entre le segment hydrophile et le segment hydrophobe, le segment intermédiaire ayant une hydrophilicité intermédiaire entre l'hydrophilicité du segment hydrophile et l'hydrophilicité du segment hydrophobe, le segment hydrophile comprenant le monomère A et une part du monomère B, et le segment intermédiaire et le segment hydrophobe comprenant le reste du monomère B ainsi que le monomère C, le segment intermédiaire étant enrichi en monomère B par rapport au segment hydrophobe et le segment hydrophobe étant enrichi en monomère C par rapport au segment intermédiaire.
2. Le copolymère selon la revendication 1, dans lequel le copolymère comprend en outre un monomère D, qui est un monomère réticulable chimiquement dans l'eau, dans un ratio molaire d variant entre environ 0 et environ 0.10.
3. Le copolymère selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le copolymère est de formule suivante :
dans laquelle :
A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
dans laquelle :
A, B, C et D représentent respectivement lesdits monomère A, B, C et D et a, b, c et d représentent respectivement lesdits ratios molaires a, b, c, et d.
4. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la masse molaire de la chaîne pendante de POE varie entre environ 300 et environ 2000 g/mol.
5. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le monomère A est le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate.
6. Le copolymère selon la revendication 5 dans lequel le monomère A est de formule :
dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie dans la revendication 4.
dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et x représente un nombre d'unité de répétition de POE tel que la masse molaire de la chaîne de POE est telle que définie dans la revendication 4.
7. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -30°C et environ -60°C.
B. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B est de -40°C ou moins,
9. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du monomère B varie entre environ -40°C et environ -60°C.
10. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel le monomère B est de l'acrylate de n-butyle, un autre acrylate ou méthacrylate ayant une Tg d'environ -30°C ou moins, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
11. Le copolymère selon la revendication 10 dans lequel le monomère B
est de l'acrylate de n-butyle, l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
est de l'acrylate de n-butyle, l'acrylate d'iso-décyle, le méthacrylate de n-décyle, le méthacrylatede n-dodécyle, l'acrylate de 2-éthylehexyle, l'acrylate de 2-(2-éthoxyéthoxy)éthyle, l'acrylate de 2-méthoxyéthyle, l'acrylate de n-propyle, le vinyle éther de butyle ou un de leur mélange.
12. Le copolymère selon la revendication 11 dans lequel le monomère B
est de l'acrylate de n-butyle, le vinyle éther de butyle.
est de l'acrylate de n-butyle, le vinyle éther de butyle.
13. Le copolymère selon la revendication 12 dans lequel le monomère B
est de l'acrylate de n-butyle.
est de l'acrylate de n-butyle.
14. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel le monomère C est le styrène ou un de ses dérivés, l'acrylonitrile, le vinazene, le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate de tert-butyle, l'acryloyl morpholine, le méthacrylate de phényle, ou un de leur mélange.
15. Le copolymère selon la revendication 14 dans lequel le monomère C
est le styrène ou l'acrylonitrile.
est le styrène ou l'acrylonitrile.
16. Le copolymère selon la revendication 15 dans lequel le monomère C
est le styrène.
est le styrène.
17. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 comprenant l'acétone acrylamide en tant que monomère D.
18. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 dans lequel le monomère A est le polyéthylène glycol méthyle acrylate ou le polyéthylène glycol méthyle méthacrylate, le monomère B est l'acrylate de n-butyle et le monomère C est le styrène, préférablement le copolymère est de formule suivante :
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à la revendication 1.
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à la revendication 1.
19. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 18 dans lequel le copolymère comprend plus l'acétone acrylamide en tant que monomère D, préférablement le copolymère est de formule suivante :
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à la revendication 1 et d est tel que défini à la revendication 2.
dans laquelle dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle et a, b et c sont tels que définis à la revendication 1 et d est tel que défini à la revendication 2.
20. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 19 dans lequel la température de transition vitreuse (Tg) du copolymère se situe entre environ 0°C et environ 20°C et préférablement entre environ 5°C
et environ 10°C.
et environ 10°C.
21. Le copolymère selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 dans lequel la masse molaire (M n) du copolymère est entre environ 100 000 g/mol et environ 300 000 g/mol et préférablement entre environ 150 000 g/mol et environ 200 000 g/mol.
22. Utilisation de copolymère tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 comme liant pour une électrode de batterie lithium-ion.
23. Un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant un copolymère tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 21.
24. Une suspension comprenant un copolymère tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 suspendu dans de l'eau.
25. La suspension selon la revendication 24 dans laquelle la suspension comprend environ 10 mol% et environ 20 mol% et préférablement entre environ 10 mol% et environ 13 mol%.
26. La suspension selon la revendication 24 ou 25 comprenant de plus un surfactant.
27. La suspension selon la revendication 26 dans laquelle la suspension comprend entre environ 3 mol% et environ 7 mol% du surfactant.
28. La suspension selon l'une quelconque des revendications 24 à 27 dans laquelle le copolymère est réticulé.
29. Un liant pour électrode de batterie lithium-ion comprenant une suspension telle que définie dans l'une quelconque des revendications 24 à 28.
30. Utilisation de la suspension telle que définie dans l'une quelconque des revendications 24 à 28 comme liant pour électrode de batterie lithium-ion.
31. Procédé de fabrication d'une électrode pour batterie lithium-ion comprenant les étapes suivantes :
e) foumir une suspension telle que définie selon l'une quelconque des revendications 24 à 27.
f) ajouter un matériau actif à la suspension, g) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode et h) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
e) foumir une suspension telle que définie selon l'une quelconque des revendications 24 à 27.
f) ajouter un matériau actif à la suspension, g) appliquer la suspension sur la surface d'un collecteur de courant d'électrode et h) sécher la suspension, formant ainsi une membrane sur le collecteur de courant d'électrode.
32. Procédé selon la revendication 30, dans lequel l'étape a) comprend une réticulation du copolymère via le monomère D.
33. Procédé selon la revendication 31, dans lequel l'étape a) utilise un composé dihydrazine ou dihydrazide comme agent réticulant pour la réticulation du monomère D.
34. Procédé selon la revendication 32, dans lequel l'étape a) utilise l'acide adipique dihydrazide comme agent réticulant.
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 à 33, dans lequel la procédé comprend en outre, après l'étape d), l'étape de couper le collecteur de courant d'électrode dans une taille appropriée.
36. Une suspension selon l'une quelconque des revendications 24 à 28 comprenant de plus un matériau actif pour électrode de batterie lithium-ion.
37. La suspension selon la revendication 36 dans laquelle la suspension comprend entre environ 90% et environ 95% en poids du matériau actif basé sur le poids total de la suspension.
38. Une électrode pour batterie lithium-ion comprenant un collecteur de courant d'électrode ayant sur au point une partie, préférablement sur la totalité, de sa surface une membrane formée d'un mélange du copolymère tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 21 et d'au moins un matériau actif.
39. Une batterie lithium-ion comprenant une électrode positive, une électrode négative et une solution électrolytique en contact avec l'électrode positive et l'électrode; l'électrode positive et/ou l'électrode négative étant une électrode selon l'invention telle que définie selon la revendication 38.
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