CN104716325A - 用于锂电池的阳极材料和阴极材料的粘合剂材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于锂电池，例如锂离子电池的电极材料和粘合剂材料。为了优化比功率[W/kg]或功率密度[W/l]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]，使用至少一种导电的聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂选自聚亚苯基、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其锂盐。本发明还涉及设置有所述电极材料和粘合剂材料的锂电池。

Description

用于锂电池的阳极材料和阴极材料的粘合剂材料
本发明涉及用于锂电池的电极材料和粘合剂材料以及设置有所述电极材料和粘合剂材料的锂电池。
背景技术
锂离子蓄电池具有阳极(负电极)和阴极(正电极)。
阳极通常包含活性材料，所述活性材料也被称为阳极活性材料并且例如可以为石墨。阳极通常还包含粘合剂材料并且必要时包括导电添加剂。
阴极通常包含另一种活性材料、所谓的阴极活性材料，所述阴极活性材料例如可以为氧化钴锂(LiCoO2)。阴极通常还包含粘合剂材料和导电添加剂，例如乙炔炭黑和/或工业炭黑。
在蓄电池的充电或放电时，电极上的Li+离子可逆地插嵌(interkalieren)或脱嵌。
目前最经常使用的粘合剂材料为聚偏氟乙烯(PVdF)。聚偏氟乙烯是电化学相对稳定的并且因此既可以用于阳极侧也可以用于阴极侧。然而聚偏氟乙烯具有低离子传导性和电子传导性，不溶于水并且难以与通常在阳极中作为活性材料使用的石墨结合。
丁苯橡胶(SBR)是更适用于阳极的粘合剂材料。丁苯橡胶可以通过存在的双键相比于聚偏氟乙烯与石墨显著更好地结合，具有足够的还原稳定性并且也可以分散在水中。丁苯橡胶在新型粘合剂系统中与羧甲基纤维素(CMC)共同使用。
羧甲基纤维素出色地溶于水并且可以作为增稠剂(英文“Thickener”)用于调节电极物料的粘度。虽然羧甲基纤维素可以良好地结合活性材料，但是仅可以与丁苯橡胶组合使用。
然而丁苯橡胶和羧甲基纤维素仅可以在阳极侧使用，因为这两种粘合剂对于在阴极侧的使用不具有足够的氧化稳定性。
丙烯酸酯橡胶(ACM)在阴极侧显示出出色的氧化稳定性和良好的粘附性能。然而与聚偏氟乙烯相同，丙烯酸酯橡胶仅可以分散或溶解在有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中。
关于其它可能的粘合剂材料的概括描述于Yamamoto等人的综述文章(Lithium-Ion Batteries，Springer出版社，NY，2009，第163-179页)中。
Hou等人(Nano Lett.，10，2010，第2727-2733页)，Courtel等人(J.Power Sources，196，2011，第2128-2134页)，Veeraraghavan等人(J.Power Sources，109，2002，第377-387页)和Witker等人(J.Power Sources，156，2006，第525-532页)讨论了导电的聚合物，例如聚-3,4-亚乙基二氧噻吩(PEDOT)/聚苯乙烯磺酸酯(PSS)、聚噻吩或聚吡咯，作为粘合剂材料的用途。
公开文本WO 2010/113876 A1描述了一种用于锂离子电池的正电极的粘合剂，所述粘合剂包含用聚醚基、烷氧基、烷氧基烷基或聚醚取代的烷基所取代的聚噻吩。
公开文本US 2003/0091899 A1描述了一种包含粘合剂的电极材料，所述粘合剂包含水溶性导电的聚合物、水溶性聚合物和活性材料。
公开文本EP 1 881 544 A1描述了一种二次锂电池，所述锂电池包含导电的聚合物，例如聚苯胺。
发明内容
本发明的主题是一种用于锂电池(例如用于锂离子电池)的电极材料，特别是阳极材料或阴极材料，所述电极材料包含至少一种活性材料(例如锂插嵌材料)以及至少一种聚合物粘合剂。
所述至少一种聚合物粘合剂特别为导电的。为此特别可以使用基于苯、苯胺、吡咯和噻吩的聚合物，例如聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩，所述聚合物具有共轭π-电子体系并且粘合剂由此可以具有导电性。
因此有利地，电极中的“电荷转移”阻力可以减小，并且例如阳极材料和/或阴极材料中的活性材料更好地被电接触。这又有利地使得有可能减少或者甚至完全取消导电添加剂例如导电炭黑(例如乙炔炭黑(英文：Acetylene Black)和/或工业炭黑(英文：Carbon Black))在材料中的份数。因此又可以有利地降低电极重量或升高活性材料占材料的份数(例如用重量％和/或体积％表示)。这又使得有可能有利地提供具有更高比功率[W/kg]或功率密度[W/l]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]的锂电池，例如锂离子蓄电池。
由于高的双键份额或共轭电子体系，可以通过聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩有利地实现相比于常规粘合剂(例如聚偏氟乙烯(PVdF))改进的活性材料的结合。这种粘合剂还可以有利地决定性地改进稳定性和因此特别还决定性地改进阳极或阴极的品质。
在锂电池或锂离子蓄电池的电势范围内，聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩还可以有利地具有足够高的电化学稳定性。特别地，聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩在锂电池例如锂离子电池的阴极的电势范围内是氧化稳定的，并且在锂电池例如锂离子电池的阳极的电势范围内是还原稳定的。
聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩还可以有利地具有高熔点。
特别地，至少一种粘合剂可以选自如下化学通式的聚亚苯基：
如下化学通式的聚吡咯：
如下化学通式的聚苯胺：
如下化学通式的聚噻吩：
及其锂盐，
在此，n和m分别特别表示重复单元的数目。
R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32可以各自彼此独立地表示氢(-H)、羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)、硝基(-NO2)，或用(至少)一个羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)和/或硝基(-NO2)官能化的、特别是具有任何长度的、例如具有≥1至≤8个碳原子(例如具有≥1至≤4个碳原子和/或≥4至≤8个碳原子)的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如聚醚，例如聚乙二醇(PEG))的、特别是具有任何长度的、例如具有≥2至≤4个碳原子的烷基，或烷氧基(-OR)，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果至少一种粘合剂包含聚亚苯基-锂盐、聚吡咯-锂盐、聚苯胺-锂盐和/或聚噻吩-锂盐，则特别地取代基R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32中至少一个可以表示-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在一个实施方案的范围内，至少一种聚合物粘合剂包含一种聚亚苯基，特别是如下化学通式的聚亚苯基：
或其锂盐。在可能的情况下，至少一种聚合物粘合剂可以为这种聚亚苯基或其锂盐。
这种聚亚苯基的特征有利地在于高的导电性以及高的化学和电化学稳定性。
n特别表示重复单元的数目。
R1、R2、R3和R4可以各自彼此独立地表示(-H)、羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)、硝基(-NO2)，或用(至少)一个羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)和/或硝基(-NO2)官能化的、特别是具有任何长度的、例如具有≥1至≤4个碳原子的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如聚醚，例如聚乙二醇(PEG))的、特别是具有任何长度的、例如具有≥2至≤4个碳原子的烷基，或烷氧基(-OR)，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果聚亚苯基为锂盐，则特别地取代基R1、R2、R3和R4中至少一个可以表示-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在另一个替代或额外的实施方案的范围内，至少一种聚合物粘合剂包含一种聚吡咯，特别是如下化学通式的聚吡咯：
或其锂盐。在可能的情况下，至少一种聚合物粘合剂可以为这种聚吡咯或其锂盐。
这种聚吡咯有利地是导电的。此外能够通过阳极的还原电势和通过阴极的氧化电势形成额外的自由载流子，所述额外的自由载流子可以进一步升高导电性。
n特别表示重复单元的数目。
R21和R22可以各自彼此独立地表示(-H)、羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)、硝基(-NO2)，或用(至少)一个羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)和/或硝基(-NO2)官能化的、特别是具有任何长度的、例如具有≥1至≤4个碳原子的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如聚醚，例如聚乙二醇(PEG))的、特别是具有任何长度、例如具有≥2至≤4个碳原子的烷基，或烷氧基(-OR)，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果聚吡咯为锂盐，则特别地取代基R21和/或R22中至少一个可以表示-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在另一个替代或额外的实施方案的范围内，至少一种聚合物粘合剂包含一种聚噻吩，特别是如下化学通式的聚噻吩：
或其锂盐。
在可能的情况下，至少一种聚合物粘合剂可以为这种聚噻吩或其锂盐。
这种聚噻吩有利地是导电的。还有可能通过阳极的还原电势和通过阴极的氧化电势形成额外的自由载流子，所述额外的自由载流子可以进一步升高导电性。
n特别表示重复单元的数目。
R31和R32可以各自彼此独立地表示(-H)、羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)、硝基(-NO2)，或用(至少)一个羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)和/或硝基(-NO2)官能化的、特别是具有任何长度的、例如具有≥1至≤4个碳原子的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如聚醚，例如聚乙二醇(PEG))的、特别是具有任何长度的、例如具有≥2至≤4个碳原子的烷基，或烷氧基(-OR)，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果聚噻吩为锂盐，则特别地取代基R31和/或R32中至少一个可以表示-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在另一个替代或额外的实施方案的范围内，至少一种聚合物粘合剂包含一种聚苯胺，特别是如下化学通式的聚苯胺：
或其锂盐。在可能的情况下，至少一种聚合物粘合剂可以为这种聚苯胺或其锂盐。
这种聚苯胺的特征有利地在于高的传导性以及良好的化学和电化学稳定性。
n和m分别特别表示重复单元的数目。
R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'可以各自彼此独立地表示(-H)、羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)、硝基(-NO2)，或用(至少)一个羟基(-OH)、巯基(-SH)、羧基(-COOH)、磺酸基(-SO3H)、硝酸酯基(-NO3)和/或硝基(-NO2)官能化的、特别是具有任何长度的、例如具有≥1至≤4个碳原子的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如聚醚，例如聚乙二醇(PEG))的、特别是具有任何长度的、例如具有≥2至≤4个碳原子的烷基，或烷氧基(-OR)，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果聚噻吩为锂盐，则特别地取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个可以表示-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在一个实施方式的范围内，至少一种粘合剂包含或者为如下化学通式的聚亚苯基
或其锂盐。
特别地，至少一种聚合物粘合剂为导电的和离子传导性的。除了导电性之外，官能化的聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩有利地还可以具有离子传导性，特别是锂离子传导性。
特别地，聚亚苯基、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩可以通过用如下极性侧基和/或离子性侧基官能化而具有离子传导性，特别是锂离子传导性：
·-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或
·用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或
·具有酯官能和/或醚官能的烷基，或
·烷氧基，或
·-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或
·用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
因此有利地可以实现使其不仅是导电的，而且还是离子传导性的，特别是锂离子传导性的。
因此有利地，电极中的“电荷转移”阻力同样可以减小，并且例如阳极材料和/或阴极材料中的活性材料更好地离子接触。这又能够有利地减小或甚至完全取消锂离子传导性的导电添加剂在材料中的份数。因此可以又有利地降低电极重量或升高活性材料在材料中的份数(例如用重量％和/或体积％表示)。这又能够同样有利地提供具有更高比功率[W/kg]或功率密度[W/l]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]的锂电池，例如锂离子蓄电池。
通过这种官能化还可以有利地实现在极性溶剂(例如水)中的良好溶解性。良好的水溶性还能够有利地减少或甚至取消有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮。
除了锂离子传导性和水溶性之外，通过这种官能化还可以有利地进一步改进活性材料的结合。
总之可以通过这种官能化实现高的导电性，高的锂离子传导性，在极性溶剂中良好的溶解性，特别是良好的水溶性，活性材料良好的粘附或结合以及活性材料在金属箔上良好的粘附或结合。
因此，在另一个额外或替代的实施方式的范围内，取代基R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32中至少一个，特别是R1、R2、R3和/或R4，和/或R21和/或R22，和/或R31和/或R32，和/或R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。例如，两个或更多个，任选所有取代基R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32，特别是R1、R2、R3和/或R4，和/或R21和/或R22，和/或R31和/或R32，和/或R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
通过用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3、-NO2，用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，具有酯官能的烷基，-OLi、-SLi、-COOLi、-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基进行官能化，相比于具有醚官能的烷基和烷氧基，可以有利地进一步升高在极性溶剂中的溶解性。
通过用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3、-NO2，用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，-OLi、-SLi、-COOLi、-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基进行官能化，同样相比于具有醚官能的烷基，甚至可以有利地进一步升高水溶性。
通过用-OH、-SH、-COOH、-SO3H，用-OH、-SH、-COOH和/或-SO3H官能化的烷基，-OLi、-SLi、-COOLi、-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基进行官能化，可以有利地实现极好的锂离子传导性。
通过用-OLi、-SLi、-COOLi、-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基进行官能化，可以有利地实现极好的锂离子传导性，并且特别避免例如由于质子与来自电解质和/或来自活性材料(例如阴极活性材料和/或阳极活性材料)的锂离子的交换而造成的锂离子的消耗，并避免电池中质子的释放以及避免任选的与此相伴的副反应。
通过用-NO3、-NO2，或用-NO3和/或-NO2官能化的烷基进行官能化，可以有利地实现良好的锂离子传导性，并且特别地同样避免例如由于质子与来自电解质和/或来自活性材料(例如阴极活性材料和/或阳极活性材料)的锂离子的交换而造成的锂离子的消耗，并避免电池中质子的释放以及避免任选的与此相伴的副反应。
通过用-OH、-SH，用-OH和/或-SH官能化的烷基，-OLi、-SLi，或用-OLi和/或-SLi官能化的烷基进行官能化，可以有利地实现良好的锂离子传导性。
如果至少一种聚合物粘合剂包含聚亚苯基，则特别地取代基R1、R2、R3和R4中至少一个，特别是R1、R2、R3和/或R4可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
特别地，R1、R2、R3和/或R4可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如酯官能)的烷基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果至少一种聚合物粘合剂包含聚吡咯，则特别地取代基R21和R22中至少一个，特别是R21和/或R22可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。特别地，R21和/或R22可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(例如酯官能)的烷基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
如果至少一种聚合物粘合剂包含聚噻吩，则例如取代基R31和R32中至少一个，特别是R31和/或R32可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，特别是-SH、-COOH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)，特别是-SH、-COOH、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(特别是酯官能)的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，特别是-OLi、-SLi或-COOLi，例如-SLi和/或-COOLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)，特别是-OLi、-SLi和/或-COOLi，例如-SLi和/或-COOLi官能化的烷基。例如R31和/或R32可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，特别是-SH、-COOH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)，特别是-SH、-COOH、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(特别是酯官能)的烷基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，特别是-OLi、-SLi或-COOLi，例如-SLi和/或-COOLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)，特别是-OLi、-SLi和/或-COOLi，例如-SLi和/或-COOLi官能化的烷基。
如果至少一种聚合物粘合剂包含聚苯胺，则例如取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个，特别是R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，特别是-OH、-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)，特别是-OH、-SH、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(特别是酯官能)的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，特别是-OLi或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)，特别是-OLi和/或-SLi官能化的烷基。例如取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'中至少一个可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，特别是-OH、-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)，特别是-OH、-SH、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能(特别是酯官能)的烷基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，特别是-OLi或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)，特别是-OLi和/或-SLi官能化的烷基。
在所述实施方案的另一个实施方式的范围内，取代基R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32中至少一个，特别是R1、R2、R3和/或R4，和/或R21和/或R22，和/或R31和/或R32，和/或R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)，特别是-SH、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)，特别是-SLi官能化的烷基。
由于特别具有上述化学通式的聚亚苯基、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其锂盐是导电的，可以有利地放弃为了升高导电性而加入导电添加剂，例如导电炭黑，例如乙炔炭黑(英文：Acetylene Black)和/或工业炭黑(英文：Carbon Black)。
因此，在另一个实施方案的范围内，所述材料不含导电炭黑。例如，所述材料可以不含乙炔炭黑(英文：Acetylene Black)和工业炭黑(英文：Carbon Black)。
由于特别具有上述化学通式的聚亚苯基、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其锂盐也可以是离子传导性的，特别是锂离子传导性的，因此任选也可以放弃为了升高锂离子传导性而加入锂离子传导性的导电添加剂。
因此，在可能的情况下，所述材料可以不含导电和/或锂离子传导性的导电添加剂。
在另一个实施方案的范围内，至少一种活性材料为可用锂离子可逆地插嵌(和脱嵌)的锂插嵌材料。
在另一个实施方案的范围内，所述材料为阳极材料。至少一种活性材料可以例如选自石墨、无定形碳、钛酸锂(Li4Ti5O12)和锂合金，例如锂铝合金(LiAl)和/或锂锡合金(Li4.4Sn)和/或锂硅合金(Li4.4Si)。
在另一个实施方案的范围内，所述材料为阴极材料。至少一种活性材料可以例如选自氧化物，特别是含锂的过渡金属氧化物，例如氧化钴锂(LiCoO2)和/或锂锰尖晶石(LiMn2O4)，和磷酸盐，特别是含锂的过渡金属磷酸盐，例如磷酸铁锂(LiFePO4)和/或磷酸镍锂(LiNiPO4)。
在另一个实施方案的范围内，以所述材料的固体的总重量计，所述材料包含≥2重量％至≤5重量％的至少一种粘合剂和/或至少一种粘合剂的锂盐(总计)。有利地，相比于常规阳极物料或阴极物料(其通常包含例如在溶剂或溶剂混合物中的约90重量％的活性材料，约5重量％的粘合剂和约5重量％的导电添加剂)，至少一种聚合物粘合剂可以以更少的量使用，因此减小了粘合剂在所述材料中的份数。这实现了减小粘合剂份数，有利地减小材料的重量和/或例如在相同的重量或体积中升高活性材料的份数，由此升高了比功率[W/kg]或功率密度[W/l]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]。
在另一个实施方案的范围内，以所述材料的固体的总重量计，所述材料包含≥95重量％至≤98重量％的至少一种活性材料。因此可以有利地实现高的比功率[W/kg]或功率密度[W/l]和比能量[Wh/kg]或能量密度[Wh/1]。
为了用至少一种聚合物粘合剂制备电极，可以将例如约≥95重量％至≤98重量％的活性材料和约≥2重量％至≤5重量％的至少一种聚合物粘合剂和/或至少一种聚合物粘合剂的锂盐分散和/或溶解在水中。
因此，另一个主题还在于一种用于制备锂电池(例如锂离子电池)的阳极或阴极的方法，其中将≥95重量％至≤98重量％的至少一种活性材料和≥2重量％至≤5重量％的至少一种特别是导电和传导离子的聚合物粘合剂分散和/或溶解在水中，所述聚合物粘合剂选自特别是具有上述化学通式的聚亚苯基、聚吡咯、聚苯胺和/或聚噻吩及其锂盐。在此，所述物质特别是可以混合成获得均匀的粘性物料。可以例如用常规方法将所述物料施涂在金属箔上。然后可以例如用常规方法干燥所述物料。
关于根据本发明的电极材料的其它技术特征和优点，参阅结合根据本发明的粘合剂材料、根据本发明的用途和根据本发明的锂电池的描述。
本发明的另一个主题在于一种特别是用于锂电池(例如锂离子电池)的聚合物粘合剂材料。例如，聚合物粘合剂材料可以为用于电极材料或电极的粘合剂材料，特别是锂电池(例如锂离子电池)的阳极材料或阳极和/或阴极材料或阴极。例如，聚合物粘合剂材料可以作为粘合剂用在根据本发明的电极材料，例如阳极材料和/或阴极材料中。
在一个实施方案的范围内，粘合剂材料包含或为如下化学通式的聚亚苯基：
或其锂盐。
n特别表示重复单元的数目。
R1、R2、R3和R4可以各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
特别地，取代基R1、R2、R3和R4中至少一个，特别是R1、R2、R3和/或R4可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
例如，取代基R1、R2、R3和R4中至少一个，特别是R1、R2、R3和/或R4可以表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在一个替代或额外的实施方案的范围内，粘合剂材料包含或为如下化学通式的聚苯胺：
或其锂盐。
n和m分别特别表示重复单元的数目。
R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'可以各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
特别地，取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个，特别是R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'可以表示-OH、-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
例如，取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个，特别是R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和/或R18'可以表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在一个替代或额外的实施方案的范围内，粘合剂材料包含或为如下化学通式的聚吡咯：
或其锂盐。n特别表示重复单元的数目。R21和R22可以各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
特别地，取代基R21和R22中至少一个，特别是R21和/或R22可以表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
例如，取代基R21和R22中至少一个，特别是R21和/或R22可以表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
在一个替代或额外的实施方案的范围内，粘合剂材料包含或为如下化学通式的聚噻吩：
或其锂盐。n特别表示重复单元的数目。R31和R32可以各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
特别地，至少一个取代基R31和R32，特别是R31和/或R32可以表示-SH、-COOH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2(中至少一个)官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
例如，取代基R31和R32中至少一个，特别是R31和/或R32可以表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li(中至少一个)官能化的烷基。
关于根据本发明的粘合剂材料的其它技术特征和优点，参阅结合根据本发明的电极材料、根据本发明的用途和根据本发明的锂电池的描述。
另一个主题是根据本发明的粘合剂材料在锂电池，例如锂离子电池中的用途和/或用于制备锂电池，例如锂离子电池的用途。
关于根据本发明的用途的其它技术特征和优点，参阅结合根据本发明的电极材料、根据本发明的粘合剂材料和根据本发明的锂电池的描述。
另一个主题是包含根据本发明的电极材料和/或根据本发明的粘合剂材料的锂电池，特别是锂离子电池。
在一个实施方案的范围内，所述电池包含电解质。电解质可以特别包含至少一种导电盐和至少一种电解质溶剂(特别是电解质溶剂的混合物)以及任选的至少一种添加剂，所述导电盐例如选自六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)和双草酸硼酸锂(LiBC4O8)，特别是六氟磷酸锂(LiPF6)，所述电解质溶剂(特别是电解质溶剂的混合物)例如选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲基酯、碳酸二甲基乙基酯和四(乙二醇)二甲基醚，所述添加剂例如为碳酸亚乙烯酯。
关于根据本发明的电池的其它技术特征和优点，参阅结合根据本发明的电极材料、根据本发明的粘合剂材料和根据本发明的用途的描述。

Claims (15)

1.一种用于锂电池的电极材料，特别是阳极材料或阴极材料，所述电极材料包含至少一种活性材料和至少一种导电的聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂选自
如下化学通式的聚亚苯基：
如下化学通式的聚吡咯：
如下化学通式的聚苯胺：
如下化学通式的聚噻吩：
及其锂盐，
其中n和m分别表示重复单元的数目，
其中R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
其中至少R21和/或R22表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，和
其中取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个表示-OH、-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，和
其中至少R31和/或R32表示-SH、-COOH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi或-COOLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
2.根据权利要求1所述的材料，其中所述至少一种粘合剂包含或为如下化学通式的聚亚苯基：
其锂盐。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其中取代基R1、R2、R3和R4中至少一个表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
4.根据权利要求1至3任一项所述的材料，其中取代基R1、R2、R3、R4、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'、R18'、R21、R22、R31和R32中至少一个表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
5.根据权利要求1至3任一项所述的材料，其中以所述材料的固体的总重量计，所述材料包含≥2重量％至≤5重量％的所述至少一种粘合剂和/或所述至少一种粘合剂的锂盐，特别地其中以所述材料的固体的总重量计，所述材料包含≥95重量％至≤98重量％的所述至少一种活性材料。
6.根据权利要求1至5任一项所述的材料，其中所述材料不含导电炭黑。
7.根据权利要求1至6任一项所述的材料，其中至少一种活性材料为可用锂离子可逆地插嵌的锂插嵌材料。
8.根据权利要求1至7任一项所述的材料，其中所述材料为阳极材料，其中所述至少一种活性材料选自石墨、无定形碳、钛酸锂和锂合金。
9.根据权利要求1至7任一项所述的材料，其中所述材料为阴极材料，其中所述至少一种活性材料选自氧化物和磷酸盐。
10.一种特别是用于锂电池的聚合物粘合剂材料，所述聚合物粘合剂材料包含如下化学通式的聚亚苯基：
或其锂盐，
其中n表示重复单元的数目，和
其中R1、R2、R3和R4各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
其中取代基R1、R2、R3和R4中至少一个表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
特别地其中取代基R1、R2、R3和R4中至少一个表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
11.一种特别是用于锂电池的聚合物粘合剂材料，所述聚合物粘合剂材料包含如下化学通式的聚吡咯：
或其锂盐，
其中n表示重复单元的数目，和
其中R21和R22各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
其中至少R21和/或R22表示-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
特别地其中至少R21和/或R22表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
12.一种特别是用于锂电池的聚合物粘合剂材料，所述聚合物粘合剂材料包含如下化学通式的聚苯胺：
或其锂盐，
其中n和m分别表示重复单元的数目，和
其中R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，和
其中取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个表示-OH、-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
特别地其中取代基R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R11'、R12'、R13'、R14'、R15'、R16'、R17'和R18'中至少一个表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
13.一种特别是用于锂电池的聚合物粘合剂材料，所述聚合物粘合剂材料包含如下化学通式的聚噻吩：
或其锂盐，
其中n表示重复单元的数目，和
其中R31和R32各自彼此独立地表示-H、-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能和/或醚官能的烷基，或烷氧基，或-OLi、-SLi、-COOLi或-SO3Li，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
其中至少R31和/或R32表示-SH、-COOH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi或-COOLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基，
特别地其中至少R31和/或R32表示-SH、-NO3或-NO2，或用-OH、-SH、-COOH、-SO3H、-NO3和/或-NO2官能化的烷基，或具有酯官能的烷基，或-SLi，或用-OLi、-SLi、-COOLi和/或-SO3Li官能化的烷基。
14.一种锂电池，所述锂电池包含根据权利要求1至9任一项所述的电极材料，特别是阳极材料和/或阴极材料，和/或根据权利要求10至13任一项所述的粘合剂材料。
15.根据权利要求14所述的锂电池，其中所述电池包含电解质，其中所述电解质包含至少一种导电盐和至少一种电解质溶剂，所述导电盐特别选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂和双草酸硼酸锂，所述电解质溶剂特别选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲基酯、碳酸二甲基乙基酯和四(乙二醇)二甲基醚。
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