CN110870109A - 用于锂离子储电器件的电极浆料组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供浆料组合物，其包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。还提供了电极和储电器件。
Description
发明领域
本发明涉及包括具有表面积大于100m2/g的导电碳材料的含氟聚合物组合物。
发明背景
电子行业中有一种趋势是生产由更小型和更轻型电池驱动的较小型器件。具有负电极--例如碳质材料和正电极--例如锂金属氧化物的电池可以提供相对高的功率和低的重量。
聚偏二氟乙烯，由于其优异的耐电化学性，而被发现是用于形成用于储电器件中的电极的有用的粘结剂。典型地，聚偏二氟乙烯溶于有机溶剂中，并且电极材料(即电活性的锂化合物和碳质材料)与PVDF溶液合并以形成浆料，该浆料施加到金属箔或网以形成电极。
有机溶剂的作用是溶解PVDF从而在蒸发有机溶剂时提供在电极材料颗粒与金属箔或网之间良好的粘附性。目前，选择的有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。溶于NMP的PVDF粘结剂提供了电极组合物中所有活性成分的优异的粘附性和贯通性(interconnectivity)。粘结的成分能够容忍在充放电循环期间的大体积的膨胀和收缩，而不会损失电极内的贯通性。电极中活性成分的贯通性在电池性能中是极其重要的，特别是在充放电循环期间，因为电子必须移动跨越电极，并且锂离子移动性需要电极内颗粒之间的贯通性。
不幸的是，NMP是一种有毒材料并存在健康和环境问题。期望替换作为用于PVDF粘结剂的溶剂的NMP。然而，NMP在溶解PVDF方面有其比较独特的能力，而PVDF在其他有机溶剂中几乎不溶。
为了在电极形成工艺中在除了NMP之外的有机溶剂中有效地利用PVDF组合物，PVDF必须分散于稀释剂中。然而，分散必须与目前的制造实践兼容并提供中间体和最终产物的期望的性质。一些常用标准包括：a)含氟聚合物分散体的稳定性，具有足够的存储寿命，b)在将导电粉末与分散体掺混后的浆料稳定性，c)有助于良好的施用性质的浆料的适当的粘度，和d)足够的电极内的贯通性。
此外，在电极组装到储电器件中之后，该器件应基本上不含水分并且基本上不含可能吸收水分的亲水性基团。
现已发现用于制备形成电极的组合物的稳定的PVDF分散体，其能制造用于电池和其它储电器件的具有互联性的高质量电极。
发明概述
本发明提供浆料组合物，其包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。
本发明还提供电极，其包含(a)集流体；和(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由浆料组合物沉积而得，该浆料组合物包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；(b)电化学活性材料；和(c)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。
本发明进一步提供储电器件，其包含(a)电极，其包含(a)集流体；和(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由浆料组合物沉积而得，该浆料组合物包含(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；(b)电化学活性材料；和(c)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料；(b)反电极；和(c)电解质。
附图说明
图1为显示Log粘度对温度的一阶导数的图，其中峰值最大值用于由横坐标确定分散在1,2,3-三乙酰氧基丙烷(三醋精)中的PVDF的溶解温度。
图2显示了对于溶于NMP中的PVDF，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，粘度与碳类型有相对的独立性，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致55％固体的极限。
图3显示了对于分散于磷酸三乙酯溶剂中的PVDF粘结剂，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，在高表面积碳下具有较低粘度，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致68％固体的极限。
图4显示了对于分散于三醋精溶剂中的PVDF粘结剂，作为具有高(三角形)和低(X)表面积的碳的制剂中固体重量百分比的函数的粘度。结果显示，在高表面积碳下具有较低粘度，以及对于4000cP的涂覆应用目标来说大致70％固体的极限。
发明详述
本发明涉及浆料组合物，其包含含有分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和至少一种BET表面积为100.1m2/g至1000m2/g的导电碳材料。该浆料组合物可任选地进一步包含分散剂和/或电化学活性材料。
根据本发明，粘结剂包含分散于液体介质中的聚合物，该聚合物包括含氟聚合物。该含氟聚合物可用作用于浆料组合物的粘结剂的全部或一种组分。
含氟聚合物可包括含有偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物。含有偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物的非限制性实例为聚偏二氟乙烯聚合物(PVDF)。如本文中使用的，“聚偏二氟乙烯聚合物”包括均聚物，共聚物，例如二元共聚物，和三元共聚物，包括高分子量均聚物，共聚物，和三元共聚物。这样的(共)聚合物包括含有至少50摩尔％，例如至少75摩尔％，和至少80摩尔％，和至少85摩尔％的偏二氟乙烯的残基(也称为偏二氟化乙烯)的那些。偏二氟乙烯单体可与选自以下的至少一种共聚单体共聚：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，全氟甲基乙烯基醚，全氟丙基乙烯基醚和任何其它将方便地与偏二氟乙烯共聚的单体，从而制造本发明的含氟聚合物。该含氟聚合物还可包括PVDF均聚物。
该含氟聚合物可包括重均分子量为至少50,000g/mol、例如至少100,000g/mol，并且可在50,000g/mol至1,500,000g/mol、例如100,000g/mol至1,000,000g/mol范围内的高分子量PVDF。PVDF可例如以商标KYNAR商购自Arkema，和商购自Inner Mongolia 3F WanhaoFluorochemical Co.，Ltd。
该含氟聚合物可包含纳米颗粒。如本文中使用的，术语“纳米颗粒”是指粒度低于1,000nm的颗粒。该含氟聚合物可具有的粒度为至少50nm，例如至少100nm，例如至少250nm，例如至少300nm，并且可不超过900nm，例如不超过600nm，例如不超过450nm，例如不超过400nm，例如不超过300nm，例如不超过200nm。该含氟聚合物纳米颗粒可具有的粒度为50nm至900nm，例如100nm至600nm，例如250nm至450nm，例如300nm至400nm，例如100nm至400nm，例如100nm至300nm，例如100nm至200nm。如本文中使用的，术语“粒度”是指该含氟聚合物颗粒的平均直径。本公开中引用的粒度通过以下程序确定：通过将含氟聚合物分散在一段连接到扫描电子显微镜(SEM)铝短管的碳带条上来制备样品。用压缩空气将过量颗粒从碳带条吹掉。然后将样品用Au/Pd溅射涂覆20秒，然后在高真空下在Quanta 250FEG SEM(场发射枪式扫描电子显微镜)中分析。将加速电压设定为20.00kV并将光斑尺寸设定为3.0。从制备的样品上的三个不同区域收集图像，并使用ImageJ软件测量来自每个区域的10个含氟聚合物颗粒的直径，对总计30次粒度测量一起取平均以确定平均粒度。
该含氟聚合物可存在于粘结剂中的量为40％至100重量％，例如40％至96重量％，例如50％至90重量％，基于该粘结剂固体的总重量计。
浆料组合物的液体介质可包括有机介质。如本文中使用的，术语“有机介质”是指包含基于有机介质的总重量计低于50重量％水的液体介质。这样的有机介质可包含低于40重量％水，或低于30重量％水，或低于20重量％水，或低于10重量％水，或低于5重量％水，或低于1重量％水，或低于0.1重量％水，基于有机介质的总重量计，或可不含水。有机溶剂包含多于50重量％的有机介质，例如至少70重量％，例如至少80重量％，例如至少90重量％，例如至少95重量％，例如至少99重量％，例如至少99.9重量％，例如100重量％，基于有机介质的总重量计。有机溶剂可占50.1％至100重量％，例如70％至100重量％，例如80％至100重量％，例如90％至100重量％，例如95％至100重量％，例如99％至100重量％，例如99.9％至100重量％，基于有机介质的总重量计。
该有机介质可包含、实质上由例如以下组成或由例如以下组成：酮类例如甲基乙基酮、环己酮和异佛尔酮，醚类例如乙二醇或丙二醇的C1-C4烷基醚，丁基吡咯烷酮，磷酸三烷酯，1,2,3-三乙酰氧基丙烷，3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺，乙酰乙酸乙酯，γ-丁内酯，丙二醇甲基醚，碳酸亚丙酯，己二酸二甲酯，丙二醇甲基醚乙酸酯，二元酸酯(DBE)，二元酸酯5(DBE-5)，4-羟基-4-甲基-2-戊酮(二丙酮醇)，丙二醇二乙酸酯，邻苯二甲酸二甲酯，甲基异戊基酮，丙酸乙酯，1-乙氧基-2-丙醇，二丙二醇二甲基醚，饱和和不饱和的直链和环状的酮(可作为它们的混合物以EastmanTMC-11酮商购自Eastman Chemical Company)，二异丁基酮，乙酸酯(可作为ExxateTM1000商购自Hallstar)，三丙二醇甲基醚，二乙二醇乙基醚乙酸酯，或它们的组合。磷酸三烷酯可包括例如磷酸三甲酯，磷酸三乙酯，磷酸三丙酯，磷酸三丁酯等。
所述有机介质可以任选地具有在分散于该有机介质中的含氟聚合物的溶解温度下低于10g/min m2的蒸发速率。蒸发速率可采用ASTM D3539(1996)测量。根据本发明，分散在有机介质中的含氟聚合物的溶解温度可通过测量作为温度的函数的混合物的复数粘度来确定。这样的技术可应用到混合在有机介质中的含氟聚合物(除了其它类型的聚合物外)，其中该混合物的非挥发性固体成分的总质量为该混合物的总质量的44％至46％，例如45％。复数粘度可用Anton-Paar MCR301流变计使用50毫米的锥和温度受控的板来测量。含氟聚合物混合物的复数粘度在35℃至至少75℃的温度范围内测量，其中升温速率为10℃/分钟，振荡频率为1Hz，以及应力振幅极限为90Pa。含氟聚合物在有机介质中的溶解由随温度提高而迅速提高的复数粘度来指示。溶解温度定义为粘度随升高温度的改变速率为最高时的温度，并通过确定复数粘度的Log10对温度的一阶导数达到最大时的温度来计算。图1为显示Log10粘度对温度的一阶导数的图，其中峰值最大值用于从横坐标确定分散于有机介质1,2,3-三乙酰氧基丙烷(三醋精)中的含氟聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF T-1，来自InnerMongolia 3F Wanhao Fluorochemical Co.Ltd.)的溶解温度。下表显示了根据该方法使用来自Inner Mongolia 3F Wanhao Fluorochemical Co.Ltd.的PVDF T-1(PVDF T-1的粒度为约330至380nm且重均分子量为约130,000至160,000g/mol)确定的在所列各种溶剂或溶剂混合物中的溶解温度。
1丙二醇甲基醚，可商购自The Dow Chemical Company。
分散于有机介质中的含氟聚合物的溶解温度可低于77℃，例如低于70℃，例如低于65℃，例如低于60℃，例如低于55℃，例如低于50℃。分散于有机介质中的含氟聚合物的溶解温度可在30℃至77℃，例如30℃至70℃，例如30℃至65℃，例如30℃至60℃，例如30℃至55℃，例如30℃至50℃的范围。该溶解温度可以根据上讨论的方法测量。
有机介质可包括，例如丁基吡咯烷酮，磷酸三烷酯，1,2,3-三乙酰氧基丙烷，3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺，乙酰乙酸乙酯，γ-丁内酯，丙二醇甲基醚，环己酮，碳酸亚丙酯，己二酸二甲酯，丙二醇甲基醚乙酸酯，二元酸酯(DBE)，二元酸酯5(DBE-5)，4-羟基-4-甲基-2-戊酮(二丙酮醇)，丙二醇二乙酸酯，邻苯二甲酸二甲酯，甲基异戊基酮，丙酸乙酯，1-乙氧基-2-丙醇，二丙二醇二甲基醚，饱和和不饱和的直链和环状的酮(可作为它们的混合物以EastmanTMC-11酮商购自Eastman Chemical Company)，二异丁基酮，乙酸酯(可作为ExxateTM1000商购自Hallstar)，三丙二醇甲基醚，二乙二醇乙基醚乙酸酯，或它们的组合。磷酸三烷酯可包括，例如磷酸三甲酯，磷酸三乙酯，磷酸三丙酯，磷酸三丁酯等。
有机介质可实质上由例如以下组成或由例如以下组成：丁基吡咯烷酮，磷酸三烷酯，1,2,3-三乙酰氧基丙烷，3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺，乙酰乙酸乙酯，γ-丁内酯，丙二醇甲基醚，环己酮，碳酸亚丙酯，己二酸二甲酯，丙二醇甲基醚乙酸酯，二元酸酯(DBE)，二元酸酯5(DBE-5)，4-羟基-4-甲基-2-丙酮(二丙酮醇)，丙二醇二乙酸酯，邻苯二甲酸二甲酯，甲基异戊基酮，丙酸乙酯，1-乙氧基-2-丙醇，二丙二醇二甲基醚，饱和和不饱和的直链和环状的酮(可作为它们的混合物以EastmanTMC-11酮商购自Eastman Chemical Company)，二异丁基酮，乙酸酯(可作为ExxateTM1000商购自Hallstar)，三丙二醇甲基醚，二乙二醇乙基醚乙酸酯，或它们的组合。磷酸三烷基酯可包括，例如磷酸三甲酯，磷酸三乙酯，磷酸三丙酯，磷酸三丁酯等。
有机介质可包含与作为分散相的含氟聚合物形成均匀连续相的主溶剂和助溶剂。可选择该主溶剂和助溶剂及其相关量以提供含氟聚合物在有机介质中在室温即约23℃下的分散体。主溶剂和助溶剂均可包含有机溶剂。如单独使用，则含氟聚合物可溶于该主溶剂中，但助溶剂与该主溶剂一起使用可允许该含氟聚合物稳定地分散于有机介质中。主溶剂可包含、实质上由以下组成或由以下组成：例如，丁基吡咯烷酮，磷酸三烷酯，3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺，1,2,3-三乙酰氧基丙烷，或它们的组合。助溶剂可包含、实质上由以下组成或由以下组成：例如，乙酰乙酸乙酯，γ-丁内酯,和/或二醇醚例如丙二醇甲基醚，二丙二醇甲基醚，丙二醇单丙基醚，二乙二醇单丁基醚，乙二醇单己基醚，等等。主溶剂可存在的量为至少50重量％，例如至少65重量％，例如至少75重量％，并且可存在的量不超过99重量％，例如不超过90重量％，例如不超过85重量％，基于有机介质的总重量计。该主溶剂可存在的量为50％至99重量％，例如65％至90重量％，例如75％至85重量％，基于有机介质的总重量计。助溶剂可存在的量为至少1重量％，例如至少10重量％，例如至少15重量％，并且可存在的量不超过50重量％，例如不超过35重量％，例如不超过25重量％。该助溶剂可存在的量为1％至50重量％，例如10％至35重量％，例如15％至25重量％，基于有机介质的总重量计。
有机介质还可具有的蒸发速率为在180℃下大于80g/min m2，例如在180℃下大于90g/min m2，例如在180℃下大于100g/min m2。
液体介质可包含水性介质。如本文中使用的，术语“水性介质”是指包含至少50重量％水的液体介质，基于该有机介质的总重量计。这样的水性介质可包含低于40重量％的有机溶剂或低于30重量％的有机溶剂或低于20重量％的有机溶剂或低于10重量％的有机溶剂或低于5重量％的有机溶剂或低于1重量％的有机溶剂或低于0.1重量％的有机溶剂，基于该水性介质的总重量计。水可占多于50重量％的该水性介质，例如至少60重量％，例如至少70重量％，例如至少80重量％，例如至少90重量％，例如至少95重量％，例如至少99重量％，例如至少99.9重量％，例如100重量％，基于该水性介质的总重量计。水可占50.1％至100重量％，例如70％至100重量％，例如80％至100重量％，例如90％至100重量％，例如95％至100重量％，例如99％至100重量％，例如99.9％至100重量％，基于该水性介质的总重量计。
该液体介质可存在的量为至少10重量％，例如至少15重量％，例如至少20重量％，例如至少30重量％，例如至少35重量％，例如至少40重量％，并且可存在的量不超过80重量％，例如不超过70重量％，例如不超过60重量％，例如不超过50重量％，例如不超过45重量％，例如不超过45重量％，例如不超过40重量％，例如不超过35重量％，例如不超过29重量％，例如不超过25重量％，基于该浆料组合物的总重量计。该液体介质可存在的量为例如20％至80重量％，10％至70重量％，例如30％至70重量％，例如35％至60重量％，例如40％至50重量％，15％至60重量％，15％至50重量％，15％至45重量％，15％至40重量％，15％至35重量％，15％至29重量％，15％至25重量％，基于该浆料组合物的总重量计。
该浆料组合物可基本上不含、实质上不含或完全不含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。如本文中使用的，该浆料组合物“基本上不含”NMP是指如果NMP可能存在的话则以低于5重量％的量存在，基于该浆料组合物的总重量计。如本文中使用的，该浆料组合物“实质上不含”NMP是指如果NMP可能存在的话则以低于0.3重量％的量存在，基于该浆料组合物的总重量计。如本文中使用的，该浆料组合物“完全不含”NMP是指NMP不存在于该浆料组合物中，即0.0重量％，基于该浆料组合物的总重量计。
该浆料组合物可基本上不含、实质上不含或完全不含酮类，例如甲基乙基酮，环己酮，异佛尔酮，苯乙酮。
该浆料组合物可基本上不含、实质上不含或完全不含醚类，例如乙二醇或丙二醇的C1-C4烷基醚。
该浆料组合物进一步包含至少一种BET表面积100.1m2/g至1000m2/g的导电碳材料。如本文中使用的，术语“BET表面积”是指通过基于描述于期刊“The Journal of theAmerican Chemical Society”，60，309(1938)中的Brunauer-Emmett-Teller方法根据ASTMD 3663-78标准的氮吸附确定的比表面积。导电碳材料的实例包括BET表面积大于100m2/g的任何活性碳，例如BET表面积为100.1m2/g至1000m2/g，例如150m2/g至600m2/g，例如100.1m2/g至400m2/g，例如200m2/g至400m2/g。在一些实例中，导电碳可具有的BET表面积为约200m2/g。合适的导电碳材料为LITX 200，可商购自CabotCorporation。导电碳材料可以存在于该浆料中的量为2％至20重量％，例如5％至10重量％，基于该浆料的总固体重量计。
已令人惊奇地发现，当与使用表面积小于100m2/g的活性碳材料的浆料组合物相比，在电池浆料组合物中使用本发明的表面积大于100m2/g的导电碳材料能实现升高的固体的电极浆料制剂。此外，与溶于NMP的PVDF的浆料组合物相比，在具有分散的含氟聚合物的电池浆料组合物中使用表面积大于100m2/g的导电碳材料还能实现制备具有升高的固体的浆料组合物。另外，还令人惊奇地发现，在电池浆料中使用本发明的表面积大于100m2/g的导电碳能使包含导电碳材料、电化学活性材料和粘结剂的浆料组合物具有55％以上的固体含量且粘度低于4,000cp，如图3-4所示。在电池浆料中使用本发明的表面积大于100m2/g的导电碳还能制备包含导电碳材料、电化学活性材料和粘结剂的浆料组合物，其固体含量为55％以上且粘度低于5,000cp，例如固体含量为55％至85重量％，例如60％至85重量％，例如65％至85重量％，例如71％至85重量％，例如75％至85重量％,，例如65％至75重量％，例如68％至72重量％，基于该浆料组合物的总重量计。当与使用表面积小于100m2/g的活性碳材料和固体含量较低的浆料组合物相比，电极浆料中升高的固体的含量可能是令人期望的，因为它可以实现制造时间缩短、制造成本降低以及膜厚度提高。
本发明的浆料组合物可除了所述导电碳材料之外任选地进一步包含表面积小于100m2/g的其它导电剂。其它导电剂的非限制性实例包括碳质材料例如活性炭，炭黑，例如炔黑和炉黑，石墨，石墨烯，碳纳米管，碳纤维，富勒烯，和它们的组合。
或者，浆料组合物可基本上不含，实质上不含，或完全不含任何或所有其它导电剂。
浆料组合物可任选地进一步包含分散剂。分散剂可辅助将含氟聚合物,和/或如存在的导电剂和/或电化学活性材料分散于液体介质中。当存在时，该分散剂可为该浆料组合物粘结剂的组分。该分散剂可包含至少一个与含氟聚合物和/或浆料组合物的其它组分，例如(如存在的话)导电剂或电化学活性材料相容的相，并且可进一步包含至少一个与该液体介质相容的相。该浆料组合物可包含一种、两种、三种、四种或更多种不同的分散剂，并且每种分散剂可辅助分散该浆料组合物的不同组分。分散剂可包含具有与含氟聚合物和/或如存在的导电剂或电化学活性材料以及液体介质相容的相的任何材料。如本文中使用的，术语“相容”是指材料与其它材料形成基本上均匀并历经时间变化而将保持基本上均匀的共混物的能力。含氟聚合物和分散剂可以不是通过共价键结合的。例如，分散剂可包含含有这样的相的聚合物。聚合物可为嵌段聚合物、无规聚合物或梯度聚合物的形式，其中存在于聚合物的不同嵌段中的相分别无规地包含于整个聚合物中，或沿聚合物骨架逐渐地或多或少致密地存在。分散剂可包含任何合适的聚合物以用于该目的。例如，该聚合物可包括通过聚合烯属不饱和单体产生的加成聚合物，聚环氧聚合物，聚酰胺聚合物，聚氨酯聚合物，聚脲聚合物，聚醚聚合物，聚酸聚合物，和聚酯聚合物，等等。分散剂也可用作浆料组合物的粘结剂的另外的组分。
分散剂可包含官能基团。官能基团可包含例如活性氢官能基团，杂环基团，和它们的组合。如本文中使用的，术语“活性氢官能基团”是指与异氰酸酯有反应性的那些基团，由描述于JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，Vol.49，第3181页(1927)中的Zerewitinoff测试来确定，并且包括例如羟基基团，伯或仲氨基基团，羧酸基团，和硫醇基团。如本文中使用的，术语“杂环状基团”是指这样的环状基团，其在其环中含有至少两种不同的元素，例如在环结构中具有至少一个除碳以外的原子，例如氧、氮或硫。杂环基团的非限制性实例包括环氧化物、内酰胺和内酯。此外，当环氧官能基团存在于加成聚合物上时，分散剂上的环氧官能基团可与β-羟基官能的酸进行后反应。β-羟基官能的酸的非限制性实例包括柠檬酸、酒石酸和/或芳族酸，例如3-羟基-2-萘甲酸。环氧官能基团的开环反应将在该分散剂上产生羟基官能基团。
当存在酸官能基团时，分散剂可具有的理论酸当量重量为至少350g/酸当量，例如至少878g/酸当量，例如至少1,757g/酸当量，并且可不超过17,570g/酸当量，例如不超过12,000g/酸当量，例如不超过7,000g/酸当量。该分散剂可具有的理论酸当量重量为350至17,570g/酸当量，例如878至12,000g/酸当量，例如1,757至7,000g/酸当量。
如上所述，分散剂可包括加成聚合物。加成聚合物可衍生自并包含含有一种或多种α,β-烯属不饱和单体的残基的构成单元(例如以下讨论的那些)，并且可通过聚合这些单体的反应混合物来制备。单体混合物可包含一种或多种含活性氢基团的烯属不饱和单体。反应混合物还可包含含杂环基团的烯属不饱和单体。如本文中使用的，包含杂环基团的烯属不饱和单体是指这样的单体，其具有至少一个α,β烯属不饱和基团和在环结构中具有至少一个除碳之外的原子，例如氧、氮或硫的至少环状的部分。包含杂环基团的烯属不饱和单体的非限制性实例包括环氧官能烯属不饱和单体，乙烯基吡咯烷酮和乙烯基己内酰胺，等等。反应混合物可另外地包含其它烯属不饱和单体，例如(甲基)丙烯酸的烷酯和下述其它物质。
加成聚合物可包含(甲基)丙烯酸类聚合物，其包含含有一种或多种(甲基)丙烯酸类单体的残基的构成单元。(甲基)丙烯酸类聚合物可通过聚合α,β-烯属不饱和单体的反应混合物来制备，该混合物包含一种或多种(甲基)丙烯酸类单体和任选的其它烯属不饱和单体。如本文中使用的，术语“(甲基)丙烯酸类单体”是指丙烯酸、甲基丙烯酸和由其衍生的单体，包括丙烯酸和甲基丙烯酸的烷基酯，等等。如本文中使用的，术语“(甲基)丙烯酸类聚合物”是指衍生自或包含含有一种或多种(甲基)丙烯酸类单体的残基的构成单元的聚合物。单体混合物可包含一种或多种含活性氢基团的(甲基)丙烯酸类单体，包含杂环基团的烯属不饱和单体，和其它烯属不饱和单体。(甲基)丙烯酸类聚合物还可在反应混合物中用环氧官能烯属不饱和单体例如甲基丙烯酸缩水甘油酯来制备，并且所得聚合物上的环氧官能基团可与β-羟基官能的酸例如柠檬酸、酒石酸和/或3-羟基-2-萘甲酸后反应以在(甲基)丙烯酸类聚合物上产生羟基官能的基团。
加成聚合物可包含含α,β-烯属不饱和羧酸的残基的构成单元。α,β-烯属不饱和羧酸的非限制性实例包括含有至多10个碳原子的那些，例如丙烯酸和甲基丙烯酸。其它不饱和酸的非限制性实例为α,β-烯属不饱和二羧酸，例如马来酸或其酸酐、富马酸和衣康酸。此外，还可采用这些二羧酸的半酯。包含α,β-烯属不饱和羧酸的残基的构成单元可占至少1重量％，例如至少2重量％，例如至少5重量％，并且可不超过50重量％，例如不超过20重量％，例如不超过10重量％，例如不超过5重量％，基于加成聚合物的总重量计。包含α,β-烯属不饱和羧酸的残基的构成单元可占1％至50重量％，2％至50重量％，例如2％至20重量％，例如2％至10重量％，例如2％至5重量％，例如1％至5重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自包含其量为基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计的1％至50重量％，2％至50重量％，例如2％至20重量％，例如2％至10重量％，例如2％至5重量％，例如1％至5重量％的α,β-烯属不饱和羧酸的反应混合物。在分散剂中包含含α,β-烯属不饱和羧酸的残基的构成单元使得分散剂包含至少一个可辅助为分散体提供稳定性的羧酸基团。
加成聚合物可包含含有在烷基基团中具有1至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的构成单元。在烷基基团中含有1至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的非限制性实例包括(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸乙酯。含有在烷基基团中具有1至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的构成单元可占至少20重量％，例如至少30重量％，例如至少40重量％，例如至少45重量％，例如至少50重量％，并且可不超过98重量％，例如不超过96重量％，例如不超过90重量％，例如不超过80重量％，例如不超过75重量％，基于加成聚合物的总重量计。含有在烷基基团中具有1至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的残基的构成单元可占20％至98重量％，例如30％至96重量％，例如30％至90重量％，40％至90重量％，例如40％至80重量％，例如45％至75重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含在烷基基团中具有1至3个碳原子的(甲基)丙烯酸的烷基酯的量为20％至98重量％，例如30％至96重量％，例如30％至90重量％，40％至90重量％，例如40％至80重量％，例如45％至75重量％，基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计。
加成聚合物可包含含有在烷基基团中具有4至18个碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯的残基的构成单元。在烷基基团中具有4至18个碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯的非限制性实例包括(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸己酯，(甲基)丙烯酸辛酯，(甲基)丙烯酸异癸酯，(甲基)丙烯酸硬脂酯，(甲基)丙烯酸2-乙基己酯，(甲基)丙烯酸癸酯和(甲基)丙烯酸十二烷基酯。包含在烷基基团中具有4至18个碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯的残基的构成单元可占至少2重量％，例如至少5重量％，例如至少10重量％，例如至少15重量％，例如至少20重量％，并且可不超过70重量％，例如不超过60重量％，例如不超过50重量％，例如不超过40重量％，例如不超过35重量％，基于加成聚合物的总重量计。包含在烷基基团中具有4至18个碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯的残基的构成单元可占2％至70重量％，例如2％至60重量％，例如5％至50重量％，10％至40重量％，例如15％至35重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含在烷基基团中具有4至18个碳原子的(甲基)丙烯酸烷基酯的量为2％至70重量％，例如2％至60重量％，例如5％至50重量％，10％至40重量％，例如15％至35重量％，基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计。
加成聚合物可包含含有羟基烷基酯的残基的构成单元。羟基烷基酯的非限制性实例包括(甲基)丙烯酸羟基乙酯和(甲基)丙烯酸羟基丙酯。包含羟基烷基酯的残基的构成单元可占至少0.5重量％，例如至少1重量％，例如至少2重量％，并且可不超过30重量％，例如不超过20重量％，例如不超过10重量％，例如不超过5重量％，基于加成聚合物的总重量计。包含羟基烷基酯的残基的构成单元可占0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含的羟基烷基酯的量为0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计。在分散剂中包含含羟基烷基酯的残基的构成单元使得分散剂包含至少一个羟基基团(尽管羟基基团也可通过其它方法纳入)。因包含羟基烷基酯(或通过其它手段并入)而得到的羟基基团可与分开加入的包括与羟基基团有反应性的官能基团的交联剂反应，所述交联剂例如氨基塑料，酚醛塑料，多环氧化物和封闭的多异氰酸酯，或当具有与羟基基团有反应性的基团的自交联性单体并入加成聚合物时与加成聚合物中存在的N-烷氧基甲基酰胺基团或封闭的异氰酸酯基团反应。
加成聚合物可包含含具有杂环基团的烯属不饱和单体的残基的构成单元。具有杂环基团的烯属不饱和单体的非限制性实例包括环氧官能烯属不饱和单体，例如(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、乙烯基吡咯烷酮和乙烯基己内酰胺等等。含具有杂环基团的烯属不饱和单体的残基的构成单元可占至少0.5重量％，例如至少1重量％，例如至少5重量％，例如至少8重量％，并且可不超过99重量％，例如不超过50重量％，例如不超过40重量％，例如不超过30重量％，例如不超过27重量％，基于加成聚合物的总重量计。含具有杂环基团的烯属不饱和单体的残基的构成单元可占0.5％至99重量％，例如0.5％至50重量％，例如1％至40重量％，例如5％至30重量％，8％至27重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含的具有杂环基团的烯属不饱和单体的量为0.5％至50重量％，例如1％至40重量％，例如5％至30重量％，8％至27重量％，基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计。
如上所述，加成聚合物可包含含自交联性单体的残基的构成单元，并且该加成聚合物可包含自交联加成聚合物。如本文中使用的，术语“自交联性单体”是指这样的单体，其纳入有可与分散剂上存在的其它官能基团反应以形成在该分散剂或多于一种分散剂之间的交联的官能基团。自交联性单体的非限制性实例包括N-烷氧基甲基(甲基)丙烯酰胺单体，例如N-丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺和N-异丙氧基甲基(甲基)丙烯酰胺，以及含有封闭的异氰酸酯基团的自交联性单体，例如异氰酸根合(甲基)丙烯酸乙酯，其中异氰酸基团与在固化温度解封闭的化合物反应(“封闭”)。合适的封闭剂的实例包括ε-己内酯和甲基乙基酮肟。包含自交联性单体的残基的构成单元可占至少0.5重量％，例如至少1重量％，例如至少2重量％，并且可不超过30重量％，例如不超过20重量％，例如不超过10重量％，例如不超过5重量％，基于加成聚合物的总重量计。包含自交联性单体的残基的构成单元可占0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含的自交联性单体的量为0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于用于反应混合物中的可聚合单体的总重量计。
加成聚合物可包含含有其它α,β-烯属不饱和单体的残基的构成单元。其它α,β-烯属不饱和单体的非限制性实例包括乙烯基芳族化合物，例如苯乙烯，α-甲基苯乙烯，α-氯苯乙烯和乙烯基甲苯；有机腈类例如丙烯腈和甲基丙烯腈；烯丙基单体，例如烯丙基氯化物；烯丙基氰化物；和单体型二烯，例如1,3-丁二烯和2-甲基-1,3-丁二烯；和乙酰乙酰氧基烷基(甲基)丙烯酸酯，例如乙酰乙酰氧基乙基甲基丙烯酸酯(AAEM)(其可自交联)。包含其它α,β-烯属不饱和单体的残基的构成单元可占至少0.5重量％，例如至少1重量％，例如至少2重量％，并且可不超过30重量％，例如不超过20重量％，例如不超过10重量％，例如不超过5重量％，基于加成聚合物的总重量计。包含其它α,β-烯属不饱和单体的残基的构成单元可占0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于加成聚合物的总重量计。加成聚合物可衍生自反应混合物，该混合物包含的其它α,β-烯属不饱和单体的量为0.5％至30重量％，例如1％至20重量％，例如2％至20重量％，2％至10重量％，例如2％至5重量％，基于用于反应混合物的可聚合单体的总重量计。
可选择单体及其相对量使得所得加成聚合物的Tg为100℃或更低，典型地为-50℃至+70℃，例如-50℃至0℃。低于0℃的较低的Tg可以是期望的以确保在低温下可接受的电池性能。
加成聚合物可通过常规自由基引发的溶液聚合技术制备，其中可聚合单体溶于包含溶剂或溶剂的混合物的第二有机介质中，并在自由基引发剂的存在下聚合，直到转化完成。用于制备加成聚合物的第二有机介质可与存在于该浆料组合物中的有机介质相同，使得有机介质的组成不受加成聚合物溶液的加入改变。例如，第二有机介质可包含与该浆料组合物的有机介质相同比例的相同主溶剂和助溶剂。或者，用于制备加成聚合物的第二有机介质可不同以及区分于该浆料组合物的有机介质。用于制造加成聚合物的第二有机介质可包含任何合适的有机溶剂或溶剂的混合物，包括以上关于有机介质讨论的那些，例如磷酸三乙酯。
自由基引发剂的实例为溶于单体混合物中的那些，例如偶氮二异丁腈，偶氮双(α,γ-甲基戊腈)，过苯甲酸叔丁酯，过乙酸叔丁酯，过氧化苯甲酰，二叔丁基过氧化物和叔戊基过氧2-乙基己基碳酸酯。
任选地，可以使用溶于单体混合物的链转移剂例如烷基硫醇类，例如叔十二烷基硫醇；酮类，例如甲基乙基酮，氯烃类，例如氯仿。链转移剂提供了对分子量的控制以得到具有各种涂覆应用所需粘度的产物。叔十二烷基硫醇类是优选的，因为它带来单体到聚合物产物的高转化率。
为了制备加成聚合物，可将溶剂首先加热至回流，并可将含有自由基引发剂的可聚合单体的混合物缓慢加入回流的溶剂。然后将反应混合物保持在聚合温度从而减少游离单体含量，例如至低于1.0％以及通常低于0.5％，基于可聚合单体的混合物的总重量计。
为用于本发明的浆料组合物，如上描述制备的分散剂通常具有的重均分子量为约5000至500,000g/mol，例如10,000至100,000g/mol，和25,000至50,000g/mol。
该分散剂可存在于该粘结剂中的量为2％至20重量％，例如5％至15重量％，基于该粘结剂固体的总重量计。
如上所述，浆料组合物可任选地进一步包含分开加入的交联剂以与该分散剂反应。该交联剂应溶于或可分散于该有机介质中并与该分散剂的活性氢基团，例如羧酸基团和羟基基团(如果存在的话)反应。合适的交联剂的非限制性实例包括氨基塑料树脂，封闭的多异氰酸酯和多环氧化物。
用作交联剂的氨基塑料树脂的实例为通过使三嗪例如三聚氰胺或苯并胍胺与甲醛反应形成的那些。这些反应产物含有反应性N-羟甲基基团。通常，这些反应性基团用甲醇、乙醇、丁醇(包括它们的混合物)醚化，以改性它们的反应性。关于氨基塑料树脂的化学制备和用途，参见“The Chemistry and Applications of Amino Crosslinking Agentsor Aminoplast”，Vol.V，第II部分，第21页起，Dr.Oldring编；John Wiley&Sons/CitaTechnology Limited，伦敦，1998。这些树脂可以商标
例如MAPRENAL MF980商购获得和以商标
例如CYMEL 303和CYMEL 1128获得，可获自Cytec Industries。
封闭的多异氰酸酯交联剂典型地为二异氰酸酯例如甲苯二异氰酸酯，1,6-六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯，包括它们的异氰酸酯二聚体和三聚体，其中异氰酸酯基团与例如ε-己内酯和甲基乙基酮肟的材料反应(“封闭”)。在固化温度，封闭剂解封闭，暴露与与(甲基)丙烯酸类聚合物相连的羟基官能团有反应性的异氰酸酯官能团。封闭的多异氰酸酯交联剂可作为DESMODUR BL商购自Covestro。
多环氧交联剂的实例为含环氧基的(甲基)丙烯酸类聚合物，例如由甲基丙烯酸缩水甘油酯与其它乙烯基单体共聚制备的那些，多羟基苯酚的多缩水甘油基醚，例如双酚A的二缩水甘油基醚；和环脂族多环氧化物例如3,4-环氧基环己基甲基-3,4-环氧基环己烷羧酸酯和双(3,4-环氧-6-甲基环己基-甲基)己二酸酯。
除了促进该分散剂的交联，交联剂，包括与交联单体和分开加入的交联剂相连的那些，会与分散剂的亲水性基团如活性氢官能基团反应，防止这些基团吸收在锂离子电池中可能成问题的水分。
分开加入的交联剂可存在于该粘结剂中的量为至多15重量％，例如1％至15重量％，该重量％基于粘结剂固体的总重量计。
该浆料组合物可任选地进一步包含粘附促进剂。该粘附促进剂可包括不同于上述含氟聚合物的聚偏二氟乙烯共聚物，酸官能聚烯烃或热塑性材料。
聚偏二氟乙烯共聚物粘附促进剂包含含有偏二氟乙烯和以下的至少一种的残基的构成单元：(i)(甲基)丙烯酸；和/或(ii)(甲基)丙烯酸羟基烷基酯。(甲基)丙烯酸可包括丙烯酸，甲基丙烯酸，或它们的组合。(甲基)丙烯酸羟基烷基酯可包括(甲基)丙烯酸C1-C5羟基烷基酯，例如(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、或它们的组合。这样的加成聚合物的市售实例包括SOLEF 5130，可获自Solvay。不同于以上讨论的含氟聚合物，该聚偏二氟乙烯共聚物可分散或溶解于该浆料组合物的有机介质中。
酸官能聚烯烃粘附促进剂包含乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物，例如乙烯-丙烯酸共聚物或乙烯-甲基丙烯酸共聚物。乙烯-丙烯酸共聚物可包含含有如下的构成单元：10％至50重量％丙烯酸，例如15％至30重量％，例如17％至25重量％，例如约20重量％，基于该乙烯-丙烯酸共聚物的总重量计,和50％至90重量％的乙烯，例如70％至85重量％，例如75％至83重量％，例如约80重量％，基于该乙烯-丙烯酸共聚物的总重量计。这样的加成聚合物的市售实例包括PRIMACOR 5980i，可获自Dow Chemical Company。
该粘附促进剂可存在于该浆料组合物中的量为10％至60重量％，20％至60重量％，例如30％至60重量％，例如10％至50重量％，例如15％至40重量％，例如20％至30重量％，例如35％至35重量％，基于该粘结剂固体的总重量计。
粘结剂典型地具有的树脂固体含量为30％至80重量％，例如40％至70重量％，基于该粘结剂分散体的总重量计。如本文中使用的，术语“树脂固体”可与“粘结剂固体”同义使用，并且包括含氟聚合物,和如果存在的话的分散剂，粘附促进剂,和分开加入的交联剂。如本文中使用的，术语“粘结剂分散体”是指粘结剂固体在液体介质中的分散体。含氟聚合物可存在于该粘结剂中的量为45％至96重量％，例如50％至90重量％；分散剂可存在的量为2％至20重量％，例如5％至15重量％；粘附促进剂可存在于浆料组合物中的量为10％至60重量％，20％至60重量％，例如30％至60重量％，例如10％至50重量％，例如15％至40重量％，例如20％至30重量％，例如35％至35重量％；以及分开加入的交联剂可存在的量为至多15重量％，例如1％至15重量％，该重量％基于粘结剂固体的总重量计。液体介质存在于粘结剂分散体中的量为20％至80重量％，例如20％至70重量％，例如30％至70重量％，例如30％至60重量％，基于该粘结剂分散体的总重量计。粘结剂分散体可通过以下方式制备：将含氟聚合物加入任选地含分散剂和如存在的交联剂的液体介质中，以低剪切混合直到形成稳定的分散体。
粘结剂固体可存在于浆料中的量为1％至20重量％，例如1％至10重量％，例如5％至10重量％，基于该浆料的总固体重量计。
浆料组合物可任选地进一步包含电化学活性材料。构成该浆料中含有的电化学活性材料的材料不受特别限制，合适的材料可以根据感兴趣的储电器件类型来选择。
电化学活性材料可包括用作用于正电极的活性材料的材料。该电化学活性材料可包括能够纳入锂的材料(包括通过锂插层/去插层并入)，能够锂转化的材料，或它们的组合。能够纳入锂的电化学活性材料的非限制性实例包括LiCoO2，LiNiO2，LiFePO4，LiCoPO4，LiMnO2，LiMn2O4，Li(NiMnCo)O2，Li(NiCoAl)O2，碳包覆的LiFePO4，和它们的组合。能够锂转化的材料的非限制性实例包括硫，LiO2，FeF2和FeF3，Si，铝，锡，SnCo，Fe3O4，和它们的组合。
电化学活性材料可包括用作用于负电极的活性材料的材料。该电化学活性材料可包括石墨，钛酸锂，硅化合物，锡，锡化合物，硫，硫化合物，或它们的组合。
电化学活性材料可存在于浆料中的量为45％至95重量％，例如50％至90重量％，例如70％至98重量％，基于该浆料的总固体重量计。
浆料组合物可为电极浆料组合物的形式，该组合物包含该粘结剂，电化学活性材料和至少一种表面积为100.1m2/g至1000m2/g的导电碳材料，各自如上所述。电极浆料可包含以上述量存在于浆料组合物中的所述材料。例如，该电极浆料组合物可包含的电化学活性材料的存在量为45％至95重量％，例如70％至98重量％；粘结剂的存在量为1％至20重量％，例如2％至20重量％，例如1％至10重量％，例如5％至10重量％；以及导电剂的存在量为1％至20重量％，例如5％至10重量％，该重量％基于电极浆料组合物的总固体重量计。
包含液体介质、电化学活性材料、表面积大于100.1m2/g的导电碳材料、粘结剂分散体(其可包括分开加入的交联剂)、如需要的另外的液体介质和任选的成分的电极浆料组合物，可通过将各成分合并以形成该浆料来制备。这些物质可以用已知手段，例如搅拌器、珠磨机或高压均质机，通过搅拌混合在一起。
关于用于制造电极浆料组合物的混合和搅拌，应选用能够搅拌这些组分达到符合令人满意的分散状态的混合机。分散的程度可以用颗粒量规测量，并且优选进行混合和分散以确保不存在100微米以上的聚集体。满足这样的条件的混合机的实例包括球磨机、砂磨机、颜料分散机、研磨机、挤出机、转子定子、拌和机，超声波分散机，均质机、行星式混合机、Hobart混合机和它们的组合。
该浆料组合物可具有的固体含量为至少10重量％，例如20重量％，例如至少30重量％，例如至少40重量％，例如至少50重量％，例如至少55％，例如至少60％，例如至少65％，例如至少71％，例如至少75％，并且可不超过90重量％，例如不超过85％，例如不超过70重量％，例如不超过65重量％，例如不超过60重量％，该重量％基于浆料组合物的总重量计。浆料组合物可具有的固体含量为10％至90重量％，20％至60重量％，例如30％至70重量％，例如40％至65重量％，例如50％至60重量％，例如30％至90重量％，例如40％至85重量％，例如50％至85重量％，例如55％至85重量％，例如60％至85重量％，例如65％至85重量％，例如71％至85重量％，例如75％至85重量％，基于浆料组合物的总重量计。
本发明还涉及包含集流体和在该集流体上形成的膜的电极，其中该膜是由上述电极浆料组合物沉积而得的。电极可为正电极或负电极，并可通过施加上述浆料组合物至集流体的表面以形成涂膜，之后干燥和/或固化涂膜来制造。涂膜可包含交联的涂层。集流体可包含导电材料，并且该导电材料可包括金属，例如铁、铜、铝、镍和它们的合金，以及不锈钢。例如，集流体可包含网、片或箔的形式的铝或铜。虽然集流体的形状和厚度没有特别限制，但集流体可具有的厚度为约0.001至0.5mm，例如厚度为约0.001至0.5mm的网、片或箔。
此外，集流体可用预处理组合物预处理，然后沉积该浆料组合物。如本文中使用的，术语“预处理组合物”是指这样的组合物，其与集流体接触时与集流体表面反应并对其化学地改变，并结合到其上以形成保护层。预处理组合物可为包含第IIIB和/或IVB族金属的预处理组合物。如本文中使用的，术语“第IIIB和/或IVB族金属”是指例如在Handbook ofChemistry and Physics，第63版(1983)的CAS周期表的第IIIB或第IVB族中的元素。当适用时，可使用金属本身，然而也可使用第IIIB和/或IVB族金属化合物。如本文中使用的，术语“第IIIB和/或IVB族金属化合物”是指包含至少一种CAS元素周期表的第IIIB族或第IVB族中的元素的化合物。用于预处理集流体的合适的预处理组合物和方法描述于美国专利No.9,273,399第4栏第60行至第10栏第26行，所引用的部分通过引用纳入本文。预处理组合物可用于处理用于制造正电极或负电极的集流体。
为了制备用于锂离子储电器件的电极，可通过将各成分合并以形成该浆料来制备包含有机介质、电化学活性材料、导电材料、粘结剂分散体(其可包括分开加入的交联剂)、如需要的另外的有机介质和任选的成分的电极浆料组合物。这些物质可以用已知手段，例如搅拌器、珠磨机或高压均质机，通过搅拌混合在一起。
施加浆料组合物到集流体的方法没有特别限制。该浆料组合物可通过刮刀涂覆、浸涂、反向辊涂、直接辊涂、凹版涂覆、挤出涂覆、浸渍或刷涂来施用。虽然该浆料组合物的施用量没有特别限制，但液体介质去除后形成的涂层的厚度可为至少1微米，例如1至500微米(μm)，例如1至150μm、例如25至150μm、例如30至125μm。
如适用，施用后涂膜的干燥和/或交联可以例如通过在升高的温度，例如至少50℃，例如至少60℃，例如50-145℃，例如60-120℃，例如65-110℃下加热来完成。加热时间将在一定程度上取决于温度。通常，较高的温度需要较短的时间固化。典型地，固化时间为至少5分钟，例如5至60分钟。温度和时间应足够，使得固化的膜中的分散剂交联(如适用的话)，即在分散剂聚合物链上的共反应性基团之间形成共价键，例如羧酸基团和羟基基团与氨基塑料的N-羟甲基和/或N-羟甲基醚基团，封闭的多异氰酸酯交联剂的异氰酸基团，或在自固化分散剂的情况下，N-烷氧基甲基酰胺基团或封闭的异氰酸基团。固化或交联的程度可作为对溶剂例如甲基乙基酮(MEK)的耐受性来测量。测试如描述于ASTM D-540293中的那样进行。记录双刮擦来回一次动作的次数。该测试通常被称为“MEK耐受性”。因此，分散剂和交联剂(包括自固化分散剂和与分开加入的交联剂一起的分散剂)与粘结剂组合物分离，该粘结剂组合物作为膜沉积并被加热该粘结剂膜被加热的温度和时间。然后对膜用记录的双刮擦次数来测量MEK耐受性。因此，交联的分散剂将具有至少50次双刮擦，例如至少75次双刮擦的MEK耐受性。此外，交联的分散剂可对上述电解质的溶剂基本上有溶剂耐受性。干燥涂膜的其它方法包括环境温度干燥、微波干燥和红外干燥，以及固化涂膜的其它方法包括电子束固化和UV固化。
在锂离子储电器件放电期间，锂离子可从负电极释放并运送电流至正电极。该过程可包括被称为去插层的过程。在充电期间，锂离子从正电极中的电化学活性材料迁移至负电极，在那里它们嵌入存在于负电极中的电化学活性材料中。该过程可包括被称为插层的过程。
本发明还涉及储电器件。根据本发明的储电器件可以通过使用由本发明的电极浆料组合物制备的上述电极来制造。储电器件包括电极、反电极和电解质。该电极、反电极或以上两者可包含本发明的电极，只要一个电极是正电极且一个电极是负电极。根据本发明的储电器件包括单个电池(cell)、电池(battery)、电池组(battery pack)、二次电池、电容器和超级电容器。
储电器件包括电解质溶液，并且可以通过使用部件例如隔膜依照常用方法来制造。作为更具体的制造方法，负电极和正电极与在它们之间的隔膜组装在一起，将所得组装体依照电池的形状卷起或弯曲并放入电池容器，将电解质溶液注入该电池容器，并且将该电池容器封起。电池的形状可诸如硬币、纽扣或片材、圆柱形、方块或平坦的。
电解质溶液可为液体或凝胶，并且可以有效地用作电池的电解质溶液可依照负电极活性材料和正电极活性材料的类型选自已知的用于储电器件的电解质溶液。电解质溶液可为含有溶于合适的溶剂中的电解质的溶液。电解质可为常规已知的用于锂离子二次电池的锂盐。锂盐的实例包括LiClO4，LiBF4，LiPF6，LiCF3CO2，LiAsF6，LiSbF6，LiB10Cl10，LiAlCl4，LiCl，LiBr，LiB(C2H5)4，LiB(C6H5)4，LiCF3SO3，LiCH3SO3，LiC4F9SO3，Li(CF3SO2)2N，LiB4CH3SO3Li和CF3SO3Li。用于溶解上述电解质的溶剂没有特别限制，其实例包括碳酸酯化合物，例如碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙酯和碳酸二乙酯；内酯化合物例如γ-丁基内酯；醚化合物例如三甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙基醚、2-乙氧基乙烷、四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃；和亚砜化合物例如二甲基亚砜。电解质溶液中的电解质浓度可为0.5至3.0摩/L，例如0.7至2.0摩/L。
如本文中使用的，术语“聚合物”广泛地指低聚物以及均聚物和共聚物。术语“树脂”与“聚合物”可互换适用。
术语“丙烯酸类”和“丙烯酸酯”可互换使用(除非这样做会改变拟定的含义)，并且包括丙烯酸、其酸酐和衍生物，例如它们的C1-C5烷基酯，低级烷基取代的丙烯酸，例如C1-C2取代的丙烯酸，例如甲基丙烯酸，2-乙基丙烯酸等，以及它们的C1-C4烷基酯，除非另有明确说明。术语“(甲基)丙烯酸类”或“(甲基)丙烯酸酯”意图涵盖丙烯酸类/丙烯酸酯和甲基丙烯酸类/甲基丙烯酸酯形式的所指出的材料，例如(甲基)丙烯酸酯单体。术语“(甲基)丙烯酸类聚合物”是指由一种或多种(甲基)丙烯酸类单体制备的聚合物。
如本文中使用的分子量通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物来确定。除非另有说明，分子量按重均计。
术语“玻璃化转变温度”是理论值，其为通过Fox法基于单体进料的单体组成,根据T.G.Fox，Bull.Am.Phys.Soc.(Ser.II)1，123(1956)和J.Brandrup，E.H.Immergut，PolymerHandbook 3rd edition，John Wiley，New York，1989计算的玻璃化转变温度。
如本文中使用的，除非另有限定，术语基本上不含是指该组分如果存在的话以低于5重量％的量存在，基于该浆料组合物的总重量计。
如本文中使用的，除非另有限定，术语实质上不含是指该组分如果存在的话以低于1重量％的量存在，基于该浆料组合物的总重量计。
如本文中使用的，除非另有限定，术语完全不含是指该组分不存在于浆料组合物，即0.00重量％，基于该浆料组合物的总重量计。
如本文中使用的，术语“总固体”是指本发明的浆料组合物的非挥发性组分并且具体地排除有机介质。
如本文中使用的，术语“实质上由…组成”包括所引述的材料或步骤和不会实质上影响所要求保护的发明的基本和新颖特性的那些材料或步骤。
如本文中使用的，术语“由…组成”排除任何没有引述的要素、步骤或成分。
为了详细说明的目的，应该理解的是，本发明可以采取各种替代变型和步骤顺序，除非有明确相反规定。此外，除了在任何操作示例中或者在另外指出的情况之外，所有数字，例如表示值、量、百分比、范围、子范围和分数的那些，也都好似解读为以“约”修饰，即使该术语没有明确地出现。因此，除非有相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中列出的数值参数是可以根据本发明获得的期望性质而变化的近似值。至少并且不试图限制等同原则对权利要求范围的适用，每个数字参数应该至少根据所报告的有效数字的数量和通过应用普通舍入技术来解释。在本文中描述封闭或开放式数值范围的情况下，数值范围内或包含在数值范围内的所有数字、数值、量、百分比、子范围和分数应被视为具体地包括在和属于本申请的原始公开内容中，就好像这些数字、数值、数量、百分比、子范围和分数已经被全部明确地写出一样。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中列出的数值尽可能精确地报道。然而，任何数值固有地包含必然由它们各自测试测量中存在的标准偏差产生的某些误差。
如本文中使用的，除非另有说明，复数术语可以包含其单数对应物，反之亦然，除非另有说明。例如，虽然本文中提到了“一种”电化学活性材料、“一种”含氟聚合物、“一种”分散剂和“一种”导电碳材料，但在本发明中可以使用这些组分的组合(即多个)。此外，在本申请中，“或”的使用是指“和/或”，除非另有明确说明，即便“和/或”可能明确地用于某些情况。
如本文中使用的，“包括”、“含有”和类似术语在本申请的上下文中理解为与“包含”同义，因此是开放式的，并且不排除存在另外的未描述的和/或未引述的要素、材料、成分和/或方法步骤。如本文中使用的，“由...组成”在本申请的上下文中理解为排除任何未指明的要素、成分和/或方法步骤。如本文中使用的，“基本上由...组成”在本申请的上下文中被理解为包括指明的要素、材料、成分和/或方法步骤“以及那些不会实质上影响正在描述的内容的基本和新颖特征”。虽然本发明的各种实施方案以“包含”来描述，但实质上组成的实施方案或组成的实施方案也在本发明的范围内。
如本文使用的，术语“在…上”、“到…上”、“施加在…上”、“施加到…上”、“形成在...上”、“沉积在...上”、“沉积到...上”，意指形成、覆盖、沉积和/或提供在表面上但不必须与表面接触。例如，“沉积在”基材“上”的组合物不排除存在位于可电沉积的涂层组合物与该基材之间的相同或不同组成的一个或多个其它中间涂层。
虽然已详细描述了本发明的具体实施方案，本领域技术人员将理解，可以根据本公开的整体教导来开发对那些细节的各种修改和替代。因此，所公开的特定布置仅是说明性的，并且不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的全部范围和其所有等同形式提供。
方面
每一个上述特性和实例以及它们的组合可以说是被本发明涵盖的。因此，本发明尤其涉及以下方面，但不限于此：
1.浆料组合物，其包含：
(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和
(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。
2.方面1的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为100.1m2/g至1,000m2/g，例如150m2/g至600m2/g或100.1m2/g至400m2/g或200m2/g至400m2/g。
3.方面1的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为约200m2/g。
4.方面1至3任一项的浆料组合物，其中导电碳材料为炭黑。
5.方面1至4任一项的浆料组合物，其中浆料的总固体含量为55重量％或更高以及粘度为不超过4000cP，通过型号数MCR301的Anton-Paar流变仪使用50毫米锥体和25℃的温度受控板测量。
6.方面1至5任一项的浆料组合物，进一步包含(c)电化学活性材料。
7.方面6的浆料组合物，其中
(a)粘结剂的存在量为2至20重量％；
(b)导电碳材料的存在量为2至20重量％；和
(c)电化学活性材料的存在量为45至96重量％；该重量％基于总固体重量计。
8.方面6或7的浆料组合物，其中电化学活性材料包含能够纳入锂的材料。
9.方面8的浆料组合物，其中该能够纳入锂的材料包括LiCoO2，LiNiO2，LiFePO4，LiCoPO4，LiMnO2，LiMn2O4，Li(NiMnCo)O2，Li(NiCoAl)O2，碳包覆的LiFePO4，或它们的组合。
10.方面6或7的浆料组合物，其中该电化学活性材料包括能够锂转化的材料。
11.方面10的浆料组合物，其中该能够锂转化的材料包括硫，LiO2，FeF2和FeF3，Si，铝，锡，SnCo，Fe3O4，或它们的组合。
12.方面6或7的浆料组合物，其中该电化学活性材料包括石墨，硅化合物，锡，锡化合物，硫，硫化合物，或它们的组合。
13.方面1至12任一项的浆料组合物，其中含氟聚合物包括含偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物。
14.方面13的浆料组合物，其中含氟聚合物包括聚偏二氟乙烯均聚物。
15.方面1至14任一项的浆料组合物，进一步包含分散剂。
16.方面15的浆料组合物，其中该分散剂包括(甲基)丙烯酸类聚合物。
17.方面16的浆料组合物，其中该(甲基)丙烯酸类聚合物进一步包含含有环氧官能的烯属不饱和单体、乙烯基吡咯烷酮或它们的组合的残基的构成单元。
18.方面17的浆料组合物，其中该(甲基)丙烯酸类聚合物包含至少一个环氧官能团，并且该环氧官能团与β-羟基官能酸进行后反应。
19.方面16至18任一项的浆料组合物，其中液体介质包含有机介质，并且(甲基)丙烯酸类聚合物是通过溶于第二有机介质中的烯属不饱和单体混合物的常规自由基引发的溶液聚合来制备的。
20.方面19的浆料组合物，其中用于制备该(甲基)丙烯酸类聚合物的第二有机介质与浆料组合物的有机介质相同。
21.方面19或20的浆料组合物，其中该第二有机介质包含磷酸三烷基酯。
22.方面15至21任一项的浆料组合物，其中聚偏二氟乙烯聚合物和分散剂不是通过共价键结合的。
23.方面15至22任一项的浆料组合物，其中组合物进一步包含交联剂。
24.方面16至22任一项的浆料组合物，其中(甲基)丙烯酸类聚合物是自交联的。
25.方面1至24任一项的浆料组合物，其中液体介质包含有机介质。
26.方面25的浆料组合物，其中有机介质在含氟聚合物在该有机介质中的溶解温度下的蒸发速率小于10g/min m2。
27.方面25或26的浆料组合物，其中该有机介质在180℃的蒸发速率大于80g/minm2。
28.方面25至27任一项的浆料组合物，其中该有机介质包括丁基吡咯烷酮，磷酸三烷基酯，例如磷酸三乙酯，1,2,3-三乙酰氧基丙烷，3-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺，乙酰乙酸乙酯，γ-丁内酯，丙二醇甲基醚，或它们的组合。
29.方面28的浆料组合物，其中有机介质包括磷酸三烷基酯例如磷酸三乙酯，和另外的溶剂。
30.方面1至29任一项的浆料组合物，进一步包含粘附促进剂。
31.方面1至30任一项的浆料组合物，其中浆料组合物的固体含量为10％至90重量％，20％至60重量％，例如30％至70重量％，例如40％至65重量％，例如50％至60重量％，例如30％至90重量％，例如40％至85重量％，例如50％至85重量％，例如55％至85重量％，例如60％至85重量％，例如65％至85重量％，例如71％至85重量％，例如75％至85重量％，基于该浆料组合物的总重量计。
32.方面6至30任一项的浆料组合物，其中浆料组合物的粘度低于5,000cp，通过型号数MCR301的Anton-Paar流变仪使用50毫米锥体和25℃的温度受控板测量，以及固体含量为55％至85重量％，例如60％至85重量％，例如65％至85重量％，例如71％至85重量％，例如75％至85重量％,，例如65％至75重量％，例如68％至72重量％，基于该浆料组合物的总重量计。
33.方面1至32任一项的浆料组合物，其中浆料基本上不含异佛尔酮。
34.方面1至33任一项的浆料组合物，其中浆料基本上不含N-甲基-2-吡咯烷酮。
35.电极，其包含：
(a)集流体；和
(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由方面6至34任一项的浆料组合物沉积而得。
36.方面35的电极，其中集流体(a)包含网、片或箔形式的铜或铝。
37.方面35或36的电极，其中电极包括正电极。
38.方面35或36的电极，其中电极包括负电极。
39.方面35至38任一项的电极，其中膜是交联的。
40.方面35至39任一项的电极，其中集流体是用预处理组合物预处理的。
41.方面35至40任一项的电极，其中膜的厚度为至少1μm，例如1至500μm，例如1至150μm，例如25至150μm，例如30至125μm。
42.方面35至41任一项的电极，其中膜具有均匀的组成。
43.储电器件，其包含：
(a)方面35至42任一项的电极；
(b)反电极；和
(c)电解质。
44.方面43的储电器件，其中电解质(c)包含溶于溶剂的锂盐。
45.方面44的储电器件，其中锂盐溶于有机碳酸酯。
46.方面43至45任一项的储电器件，其中储电器件包括单个电池。
47.方面43至45任一项的储电器件，其中储电器件包括电池组。
48.方面43至45任一项的储电器件，其中储电器件包括二次电池。
49.方面43至45任一项的储电器件，其中储电器件包括电容器。
50.方面43至45任一项的储电器件，其中储电器件包括超级电容器。
以下实施例说明了本发明，然而，它们不视为将本发明限制到它们的细节。除非另有说明，以下实施例及整个说明书中的所有百分比和份数都按重量计。
实施例
实施例中的粘度测量用Anton-Paar MCR301流变仪并使用50毫米锥体和温度为25℃的温度受控板。
实施例1
理论玻璃化转变温度(Tg)为58℃的(甲基)丙烯酸类聚合物分散剂的合成。表1列出了合成进料组分及添加量：
表1.
在环境温度向配有搅拌器、回流冷凝器、温度计、加热套和氮气入口的合适的反应容器加入进料1。然后，将温度升至回流(～120℃)，这时历经185分钟加入进料3的单体预混物。进料3加入开始5分钟后，历经180分钟加入进料2。进料2和3完成后，历经60分钟加入进料4，然后保持在回流(～120℃)另外60分钟。之后，将反应温度冷却至40℃并加入进料5，之后保持30分钟的时间。这样形成的(甲基)丙烯酸类聚合物分散剂组合物的理论固体含量为52重量％。
在每个分散剂实施例中，分散剂组合物的固体含量通过以下工序测量。用分析天平称重来自Fisher Scientific的铝称重盘。将空盘的重量记录至四位小数。将大约0.5g分散剂和3.5g丙酮加入该称重盘。将盘的重量和该分散剂溶液记录至四位小数。将含该分散剂溶液的盘放入实验室烘箱中，烘箱温度设定在110摄氏度,并干燥1小时。用分析天平称重该称重盘和干燥的分散剂的重量。将盘和干燥的分散剂的重量记录至四位小数。固体用以下方程确定：％固体＝100x[(盘和干燥分散剂的重量)-(空盘的重量)]/[(盘和该分散剂溶液的重量)-(空盘的重量)]。
实施例2
理论玻璃化转变温度(Tg)为-12℃的丙烯酸类聚合物的合成：该聚合物以与实施例1的聚合物相同的方式制备，除了30％的甲基丙烯酸甲酯被替换为丙烯酸2-乙基己酯。
实施例3
粘结剂分散体的制备
在塑料容器中加入224.4克磷酸三乙酯和31.6克实施例2的(甲基)丙烯酸类共聚物分散剂组合物。将所得混合物用Cowles桨叶充分搅拌，同时保持温和的漩涡。继续该混合，同时将144克聚偏二氟乙烯粉末PVDF T-1(Inner Mongolia Wanhao FluorochemicalCo.，Ltd)以多个小份加入。在所有聚偏二氟乙烯粉末加入后继续混合另外20分钟。该粘结剂分散体具有通过动态光散射法得到的218nm的体积加权平均粒度。
实施例4
含交联剂的粘结剂分散体的制备
向塑料容器中加入0.41克三聚氰胺交联剂(Cymel 303，可获自CYTEC，批次KZKGMP002)和50.0克实施例3的粘结剂分散体。将该混合物用双非对称混合器在2000RPM下搅拌5分钟。
实施例5
含交联剂的粘结剂分散体的制备
在塑料容器中加入224.4克磷酸三乙酯和31.6克实施例1的(甲基)丙烯酸类共聚物分散剂组合物。将所得混合物用Cowles桨叶充分搅拌，同时保持温和的漩涡。继续该混合，同时将144克聚偏二氟乙烯粉末PVDF T-1(Inner Mongolia Wanhao FluorochemicalCo.，Ltd)以多个小份加入。在所有聚偏二氟乙烯粉末加入后继续混合另外20分钟。该分散体具有通过动态光散射法得到的326nm的体积加权平均粒度。向该分散体缓慢加入3.27克三聚氰胺交联剂(Cymel 303，可获自CYTEC，批次KZKGMP002)，同时用Cowels桨叶混合10分钟。
实施例6
粘结剂分散体的制备
在塑料容器中加入299.2克三醋精和123.2克实施例1的(甲基)丙烯酸类共聚物分散剂组合物。将所得混合物用Cowles桨叶充分搅拌，同时保持温和的漩涡。继续该混合，同时将177.6克聚偏二氟乙烯粉末PVDF T-1(Inner Mongolia Wanhao Fluorochemical Co.，Ltd)以多个小份加入。在所有聚偏二氟乙烯粉末加入后继续混合另外20分钟。该分散体具有通过动态光散射法得到的351nm的体积加权平均粒度。
实施例7
含交联剂的粘结剂的制备
向塑料容器加入1.05克三聚氰胺交联剂(Cymel 303，可获自CYTEC，批次KZKGMP002)和50.0克实施例6的粘结剂分散体。将该混合物用双非对称混合器在2000RPM下搅拌5分钟。
实施例8
对比粘结剂的制备
向塑料容器加入1000克N-甲基吡咯烷酮。在用Cowels桨叶混合的同时，将64克聚偏二氟乙烯粉末PVDF T-1(Inner Mongolia Wanhao Fluorochemical Co.，Ltd)以多个小份加入。继续混合直到所有粉末溶解。将溶液静置，以使夹带的空气消散。
实施例9
对比粘结剂的制备
向塑料容器加入760克N-甲基吡咯烷酮。在用Cowels桨叶混合的同时，将40克聚偏二氟乙烯粉末PVDF T-1(Inner Mongolia Wanhao Fluorochemical Co.，Ltd)以多个小份加入。继续混合直到所有粉末溶解。将溶液静置，以使夹带的空气消散。
实施例10
对比浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(14.1克)和实施例4的粘结剂分散体(1.50克)。将根据ASTM D3037-89测量的BET表面积62m2/g的导电碳Timcal C-NERGYTMSuper C65(0.45克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm下混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(14.0克，电化学活性材料(Li(NiMnCo)O2)，可获自BASF)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm下接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1280cP和在100秒-1剪切速率下为528cP。
除了该分散剂组合物之外的所有组合物的固体含量通过以下工序测量。用分析天平称重来自Fisher Scientific的铝称重盘。将空盘的重量记录至四位小数。将大约1g分散体加入该称重盘。将盘的重量和湿分散体记录至四位小数。将含有浆料的盘放入实验室烘箱中，将烘箱温度设定在120摄氏度并干燥1小时。用分析天平将称重盘和干燥的分散体称重。将盘的重量和干燥的浆料记录至四位小数。固体用以下方程确定：％固体＝100x[(盘和干燥分散体的重量)-(空盘的重量)]/[(盘和湿分散体的重量)-(空盘的重量)]。
实施例11
对比浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(12.5克)和实施例4的粘结剂分散体(1.65克)。将导电碳Super C65(0.49克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm下混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(15.3克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm下接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为55.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1804cP和在100秒-1剪切速率下为807cP。
实施例12
对比浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(10.9克)和实施例4的粘结剂分散体(1.80克)。将导电碳Super C65(0.54克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm下混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(16.7克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为60.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为6691cP和在100秒-1剪切速率下为2000cP。
实施例13
浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(14.1克)和实施例4的粘结剂分散体(1.50克)。将导电碳LITX 200(0.45克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NCM-111(14.0克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为513cP和在100秒-1剪切速率下为298cP。
实施例14
浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(12.5克)和实施例4的粘结剂分散体(1.65克)。将导电碳LITX 200(0.49克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(15.3克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为55.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1146cP和在100秒-1剪切速率下为639cP。
实施例15
浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(10.9克)和实施例4的粘结剂分散体(1.80克)。将导电碳LITX 200(0.54克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(16.7克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为60.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1473cP和在100秒-1剪切速率下为913cP。
实施例16
浆料的制备
向塑料杯加入磷酸三乙酯(9.3克)和实施例4的粘结剂分散体(1.95克)。将导电碳LITX 200(0.59克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(18.1克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为65.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为2799cP和在100秒-1剪切速率下为1791cP。
实施例17
对比浆料的制备
向塑料杯加入NMP(6.5克)和实施例9的粘结剂组合物(24.69克)。将导电碳SuperC65(0.90克)以一份加入并将共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟。将阴极活性粉末NMC-111(27.9克)以一份加入并将所得合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1588cP和在100秒-1剪切速率下为545cP。
实施例18
对比浆料的制备
向塑料杯加入NMP(2.2克)和实施例9的粘结剂组合物(17.45克)。将导电碳SuperC65(0.64克)以一份加入并将共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟。将阴极活性粉末NMC-111(19.7克)以一份加入并将所得合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为53.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为3620cP和在100秒-1剪切速率下为1057cP。
实施例19
对比浆料的制备
向塑料杯加入实施例9的粘结剂组合物(18.46克)。将导电碳Super C65(0.67克)以一份加入并将共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟。将阴极活性粉末NMC-111(20.9克)以一份加入并将所得合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合10分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为56.1重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为4462cP和在100秒-1剪切速率下为1390cP。
实施例20
对比浆料的制备
向塑料杯加入NMP(5.6克)和实施例8的粘结剂组合物(9.97克)。将导电碳LITX200(0.45克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(14.0克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.1重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1988cP和在100秒-1剪切速率下为611cP。
实施例21
对比浆料的制备
向塑料杯加入NMP(3.2克)和实施例8的粘结剂组合物(6.26克)。将导电碳LITX200(0.49克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(15.3克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为55.1重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为3390cP和在100秒-1剪切速率下为1218cP。
实施例22
对比浆料的制备
向塑料杯加入NMP(0.0克)和实施例8的粘结剂组合物(6.26克)。将导电碳LITX200(0.54克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(16.7克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为60.1重量％，以及该浆料的粘度在10秒-1剪切速率下为6557cP和在100秒-1剪切速率下为2209cP。
实施例23
对比浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(14.3克)和实施例7的粘结剂分散体(1.26克)。将导电碳Super C65(0.45克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(1395.0克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1066cP和在100秒-1剪切速率下为246cP。
实施例24
对比浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(12.8克)和实施例7的粘结剂分散体(1.39克)。将导电碳Super C65(0.49克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(15.4克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为55.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为2145cP和在100秒-1剪切速率下为463cP。
实施例25
对比浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(11.2克)和实施例7的粘结剂分散体(1.51克)。将导电碳Super C65(0.54克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(16.7克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为60.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为5495cP和在100秒-1剪切速率下为990cP。
实施例26
浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(14.3克)和实施例7的粘结剂分散体(1.26克)。将导电碳LITX 200(0.45克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(14.0克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为50.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为260cP和在100秒-1剪切速率下为88cP。
实施例27
浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(12.8克)和实施例7的粘结剂分散体(1.39克)。将导电碳LITX 200(0.50克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(15.4克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为55.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为449cP和在100秒-1剪切速率下为123cP。
实施例28
浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(11.2克)和实施例7的粘结剂分散体(1.51克)。将导电碳LITX 200(0.54克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(16.7克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为60.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为929cP和在100秒-1剪切速率下为206cP。
实施例29
浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(9.6克)和实施例7的粘结剂分散体(1.64克)。将导电碳LITX200(0.59克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(18.1克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为65.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为1975cP和在100秒-1剪切速率下为368cP。
实施例30
浆料的制备
向塑料杯加入三醋精(8.1克)和实施例7的粘结剂分散体(1.77克)。将导电碳LITX200(0.63克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(19.5克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为70.0重量％，以及该浆料在10秒-1剪切速率下的粘度为4942cP和在100秒-1剪切速率下为760cP。
实施例31
对比浆料和电极的制备
向塑料杯加入NMP(3.4克)和实施例8的粘结剂组合物(22.62克)。将导电碳LITX200(1.06克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(32.9克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为59.0重量％。
在预清洁的铝箔上使用刮刀通过刮涂施用这样的配制的浆料制备湿膜。将该湿膜在烤箱中加热至最大温度110℃至少4分钟。冷却后，用千分尺从五次测量确定平均干膜厚度为46微米。该涂层的电池性能数据示于表2。
实施例32
浆料和电极的制备
向塑料杯加入三醋精(13.5克)和实施例7的粘结剂分散体(2.95克)。将导电碳LITX 200(1.05克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(32.6克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为70.0重量％。
在预清洁的铝箔上使用刮刀通过刮涂施用这样的配制的浆料制备湿膜。将该湿膜在烤箱中加热至最大温度180℃至少4分钟。冷却后，用千分尺从五次测量确定平均干膜厚度为45微米。该涂层的电池性能数据示于表2。
实施例33
浆料的制备和电极
向塑料杯加入磷酸三乙酯(16.7克)和实施例5的粘结剂分散体(4.09克)。将导电碳LITX 200(1.22克)以两份加入，将每次得到的共混物在双不对称离心混合机中在2000rpm混合5分钟。将阴极活性粉末NMC-111(37.9克)以两份加入，将每次得到的合并物在双不对称离心混合机中在2000rpm接着混合5分钟以制造配制的浆料。该浆料的总非挥发物含量为68.0重量％。
在预清洁的铝箔上使用刮刀通过刮涂施用这样的配制的浆料制备湿膜。将该湿膜在烤箱中加热至最大温度110℃至少4分钟。冷却后，用微米计从五次测量确定平均干膜厚度为49微米。该涂层的电池性能数据示于表2。
表1.
对用高表面积导电碳制备的高固体涂层进行硬币电池评价。结果显示，本发明的更高固体的制剂实现了相似或更好的性能。
本领域技术人员将理解，根据以上公开，在不脱离本文描述和例示的广泛发明构思的情况下，可以进行多种修改和变型。因此，应当理解，前述公开内容仅是本申请的各种示例性方面的说明，并且本领域技术人员可以容易地做出各种修改和变型，这些修改和变型在本申请和所附权利要求书的精神和范围之内。
Claims (43)
1.浆料组合物，其包含：
(a)包含分散在液体介质中的聚合物的粘结剂，该聚合物包括含氟聚合物；和
(b)至少一种BET表面积大于100m2/g的导电碳材料。
2.权利要求1所述的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为100.1m2/g至1,000m2/g。
3.权利要求1所述的浆料组合物，其中导电碳材料的BET表面积为200m2/g。
4.权利要求1所述的浆料组合物，进一步包含电化学活性材料。
5.权利要求4所述的浆料组合物，其中
(a)粘结剂的存在量为2至20重量％；
(b)导电碳材料的存在量为2至20重量％；和
(c)电化学活性材料的存在量为45至96重量％；该重量％基于总固体重量计。
6.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包含能够纳入锂的材料。
7.权利要求6所述的浆料组合物，其中能够纳入锂的材料包括LiCoO2，LiNiO2，LiFePO4，LiCoPO4，LiMnO2，LiMn2O4，Li(NiMnCo)O2，Li(NiCoAl)O2，碳包覆的LiFePO4，或它们的组合。
8.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包括能够锂转化的材料。
9.权利要求8所述的浆料组合物，其中能够锂转化的材料包括硫，LiO2，FeF2和FeF3，Si，铝，锡，SnCo，Fe3O4，或它们的组合。
10.权利要求4所述的浆料组合物，其中电化学活性材料包括石墨，硅化合物，锡，锡化合物，硫，硫化合物，或它们的组合。
11.权利要求4所述的浆料组合物，其中该浆料的总固体含量为55重量％或更高以及粘度为不超过4,000cP，通过型号MCR301的Anton-Paar流变仪使用50毫米的锥和25℃的温度受控板测量。
12.权利要求1所述的浆料组合物，其中含氟聚合物包括含偏二氟乙烯的残基的(共)聚合物。
13.权利要求1所述的浆料组合物，其中含氟聚合物包含聚偏二氟乙烯聚合物。
14.权利要求1所述的浆料组合物，进一步包含分散剂。
15.权利要求14所述的浆料组合物，其中分散剂包括加成聚合物。
16.权利要求14所述的浆料组合物，其中该加成聚合物包含活性氢基团。
17.权利要求16所述的浆料组合物，其中该活性氢基团包含至少一个羧酸基团。
18.权利要求16所述的浆料组合物，其中该活性氢基团包含至少一个羟基基团。
19.权利要求14所述的浆料组合物，其中加成聚合物包括(甲基)丙烯酸类聚合物，该(甲基)丙烯酸类聚合物包含含甲基丙烯酸甲酯的残基的构成单元。
20.权利要求19所述的浆料组合物，其中该(甲基)丙烯酸类聚合物进一步包含含有具有杂环基团的烯属不饱和单体的残基的构成单元。
21.权利要求20所述的浆料组合物，其中该(甲基)丙烯酸类聚合物包含至少一个环氧官能团，并且该环氧官能团与β-羟基官能酸进行后反应。
22.权利要求14所述的浆料组合物，其中组合物进一步包含交联剂。
23.权利要求1所述的浆料组合物，其中液体介质包含有机介质。
24.权利要求23所述的浆料组合物，其中有机介质在分散在该有机介质中的含氟聚合物的溶解温度下的蒸发速率小于10g/min m2。
25.权利要求1所述的浆料组合物，进一步包含粘附促进剂。
26.权利要求1所述的浆料组合物，其中浆料基本上不含异佛尔酮。
27.权利要求1所述的浆料组合物，其中该浆料基本上不含N-甲基-2-吡咯烷酮。
28.电极，其包含：
(a)集流体；和
(b)在该集流体上形成的膜，其中该膜由权利要求4所述的浆料组合物沉积而得。
29.权利要求28所述的电极，其中该集流体(a)包含网、片或箔形式的铜或铝。
30.权利要求28所述的电极，其中电极包括正电极。
31.权利要求28所述的电极，其中电极包括负电极。
32.权利要求28所述的电极，其中膜是交联的。
33.权利要求28所述的电极，其中集流体是用预处理组合物预处理的。
34.权利要求28所述的电极，其中膜的厚度为至少1微米。
35.权利要求28所述的电极，其中膜具有均匀的组成。
36.储电器件，其包含：
(a)权利要求28所述的电极；
(b)反电极；和
(c)电解质。
37.权利要求36所述的储电器件，其中电解质(c)包含溶于溶剂的锂盐。
38.权利要求37所述的储电器件，其中锂盐溶于有机碳酸酯。
39.权利要求36所述的储电器件，其中该储电器件包括单个电池。
40.权利要求36所述的储电器件，其中该储电器件包括电池组。
41.权利要求36所述的储电器件，其中该储电器件包括二次电池。
42.权利要求36所述的储电器件，其中该储电器件包括电容器。
43.权利要求36所述的储电器件，其中该储电器件包括超级电容器。
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