SE516891C2 - Bindemedel och/eller elektrolytmateriel för en elektrod i en battericell, elektrod för en battericell samt förfarande för framställning av ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial för en elektrod - Google Patents

Description

20 25 30 516 891 2 senare interna förlusten av elektrodfönnågan, är det av stor betydelse att konduktiviteten i alla elektrodens komponenter är hög, och att den interna kontakten mellan elektronkomponentema är god.

I princip kan elektrodframställningen bestå av att blanda de elektrokemiskt aktiva materialen tillsammans med kolsvart och ett bindemedel löst i ett organiskt lösningsmedel, t ex cyklohexan, till en homogen uppslarnning. Uppslanmingen sprids därefter jämnt på en strömtilledare, t ex med hjälp av en strykkniv, eller pressas direkt på strömtilledaren, t ex en aluminiumfolie. Slutligen får elektroden torka. En interkaleringsförening såsom LiMn2O4, LiCoOz eller LiNiOz är normalt sett applicerad på elektroden om den används som en katod, och ett kolhaltigt material såsom koks eller grafit om den används som anod." JP-A-53010032 beskriver en elektrod som innehåller ett kärnmaterial av ett ledande poröst material, t ex en nickelskärm och ett aktivt materialskíkt t ex av hydroxidpulver, karbonylnickelpulver som ett ledande material och ett bindemedel, tex av CMC etylcellulosa eller PVA, PVC. Elektroden är avsedd att användas i en alkalisk ackumulatorcell, för att erhålla låg polarisation och lång livstid.

Ett problem är att de flesta vanliga bindemedel består av ett termoplastiskt oleñngummi, såsom EPDM eller liknande. Polyolefiner är emellertid dåliga jonledare, vilket är en allvarlig nackdel för denna typ av produkt. Den låga jonledningen resulterar i ett högt ohmskt motstånd över elektrodens djup. Några delar av elektroden kan vara helt otillgängliga för joner såsom Li-j oner beroende på blockeringseffekter orsakade av bindemedlet. Dessa två faktorer begränsar avsevärt battericellens totala fönnåga. Därför tillsätts kolsvart i bindemedlet för att kompensera för den låga konduktiviteten.

Ett annat problem är att dålig kontakt mellan olika material ofia uppträder. 10 15 'N 25 516 891 3 , Därför bedöms det att det finns ett behov av ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial, en elektrod och ett förfarande för framställningen av materialet, för att lösa dessa problem. Föreliggande uppfinning uppfyller detta behov.

Sammanfattnig av uppfinninä Uppfinning omfattar ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial som är avsett att användas vid framställningen av en porös elektrod för en battericell, en porös elektrod innefattande ett sådant material, och ett förfarande, för framställning av materialet. Bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet tillhandhåller hög jonkonduktivitet genom att jonledande polymersegment ingår i bindemedelsmaterialet av polymersort.

Detta leder till hög jonkonduktivitet och förbättrad vidhäftningsförmåga i ett enda bindemedel och/eller elektrolytmaterial.

Enligt en utföringsform avser uppfinningen ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial avsett att användas vid framställning av en porös elektrod för en battericell, varvid bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet innefattar en jonledande polymer, i fonn av en modifierad sampolymer som innehåller jonledande segment och vidhäftande polymersegment.

Bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet enligt en föredragen utföringsform hos uppfinningen innefattar en modifierad blocksampolymer som innehåller jonledande segment.

Enligt en annan föredragen utföringsform hos uppfinningen, innefattar de jonledande segmenten åtminstone en polyalkylenoxid, företrädesvis polyetenoxid. 10 15 'w 25 30 516 891 4 De jonledande segmenten är föredelaktigt bundna till åtminstone en epoxiderbar polymerkedj a, företrädesvis en polyisopren- eller polybutadienkedja av blocksampolymeren.

Elektroden enligt en utföringsforrn av uppfinningen innefattar ett elektrokemiskt aktivt material, ett bindemedel och/eller en elektrolyt av polymersort, en interkaleringsförening, eller ett kolhaltigt material, tillhandahållen på en strömtilledare, varvid bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet innefattar en polymer med jonledande polymer i form av en modifierad sampolymer som innehåller jonledande polymersegment och vidhäftande polymersegment.

Uppfinningen omfattar även ett forfarande för framställningen av ett bindemedel och/eller elektrolyt av polymert material avsett att användas vid framställningen av en porös elektrod för en battericell, varvid en sampolymer modifieras genom att jonledande polymersegment och vidhäfiande segment införs.

Enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen används en lämplig blocksampolymer av typen ”stj ärnblock”-polymer med ”kedjor” innehållande kol- kol-dubbelbindningar, t ex polyisopren, vilken är epoxiderad och därefter hydroxiderad för att erhålla polymersegment som bär hydroxylgrupper, vilka kan utnyttjas som initiatorer för etoxylering genom åtminstone en polyalkylenoxid för att erhålla polyalkylenoxid, företrädesvis polyetenoxidkedj or, vilka är jonledande.

Enligt en annan föredragen utföringsforrn av uppfinningen, är EPDM en lämplig sampolymer.

Hög jonkonduktivitet kombineras med goda vidhäftningsegenskaper i ett enda bindemedelsmaterial, vilket kommer att öka cellens förmåga jämfört med konventionella celler som använder EPDM/kolsvart. 10 15 '20 25 516 891 Kort figgrbeskrivning För att förstå föreliggande uppfinning och ytterligare syfien och fördelar därav, hänvisas nu till följande beskrivning, med hänvisning till figurema, i vilka: Figur 1 A visar en grafisk reaktionsmekanism av de olika stegen som är involverade i modifieringen av EPDM, och visar införandet av jonledande polymersegment i bindemedlet och/eller elektrodmaterialet, dvs EPDM.

Figur 1 B illustrerar olika polymersegment, använda i figur 1 A.

Figur 1 C visar en grafisk reaktionsmekanism av de olika stegen involverade i modifieringen av en blocksampolymer, som visar införandet av jonledande polymersegment i bindemedlet och/eller elektrodmaterialet.

Figur l D illustrerar olika polymersegment, som används i figur 1 C.

Figur 2 A är en grafisk vy av en elektrodcell i tre delar innefattande ett jonledande bindemedel och/eller elektrodmaterial.

Detalierad beskrivning av uppfinningen Vi hänvisar nu till figurerna 1 A och 1 C. Där visas grafiskt de olika reaktionsstegen som ingår i ett förfarande för framställning av ett jonledande bindemedel och/eller elektrodmaterial, genom modifiering av EPDM (figur 1 A) eller en blocksampolymer (Figur 1 C), som visar införandet av jonledande polymersegrnent i bindemedlet och/eller elektrodmaterialet. Materialet är avsett att användas i framställningen av en porös elektrod för en battericell. 10 15 '20 25 30 516 891 6 Som visas i figur 1 C, innefattar bindemedlet och/eller elektrodmaterialet enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, en jonledande polymer 10, företrädesvis en modifierad blocksampolymer som innehåller jonledande segment 2. De jonledande segmenten 2 innefattar åtminstone en polyalkylenoxid, såsom polyetenoxid, polypropenoxid och polytetrametylenoxid etc. Altemativt kan det jonledande segmentet 2 vara någon arman lämplig jonledande polymer, vilken kan ingå i en blocksampolymer.

Framställningen av det jonledande bindemedelsmaterialet enligt uppfinningen visas i figur 1 C. En lämplig blocksampolymer innefattande kol-kol-dubbelbindningar, t ex en blocksampolymer baserad på polystyren och polyolefmer, försedda med åtminstone en isoprenkedja modifieras genom följande reaktionssteg: - epoxidering av kol-kol-dubbelbindningarna genom ett konventionellt förfarande vilket inte kommer att beskrivas mer i detalj; - hydroxylering av de epoxiderade bindningama genom ett konventionellt förfarande, för att erhålla polymersegment med hydroxylgrupper; - polymerisation av polyalkylenoxid, företrädesvis polyetenoxid för att ympa polymersegmenten som har hydroxylbindningar med polyalkylenoxid.

I figur 2 illustreras en tredelad elektrodcell 100. Cellen 100 innefattar en cell 101 av teflon ®, en försökselektrod 5, använd som katod, innefattande en interkaleringsförening som LiMn2O4 utbredd på en strömtilledare 7, företrädesvis av Al, i synnerhet ett gallernät av Al, en motelektrod 103 och en referenscell 104.

Referenscellen är en Li-referens, t ex kapillärör av teflon med en Ni-sträng i kontakt med Li-folie. Elektroden 5 innefattar elektrokemiskt aktivt material 4, ett polymer bindemedelsmaterial 20 innefattande en polymer 10 som innehåller jonledande segment. 10 15 516 891 Försökelektroden 5 innefattar elektrokemiskt aktivt material 4 i form av en interkaleringsförening, om den används som en katod, och ett kolhaltigt material, såsom koks eller grafit, om den används som en anod.

Polyalkylenoxiden kan vara t ex polyetenoxid, polypropenoxid och polytetrametylenoxid, eller sampolymerer därav.

Polyetenoxider med låg medelmolekylmassa M<800, eller hög massa >20 000 kan användas. Även om ett exempel på en utföringsfonn av föreliggande uppfinning har visats och beskrivits, är det uppenbart för fackmännen inom området att ett antal förändringar eller modifieringar av uppfinningen som beskrives här i kan göras, av vilken ingen fiångår föreliggande uppfinnings uppfinningsidé. Alla sådana förändringar eller modifieringar bör därför anses ligga inom föreliggande uppfinnings uppfmningstanke.

Claims (15)

1. 0 15 20 25 30 516 891 8

2. Nya patentkrav

3. . Bindemedel och/eller elektrolytmaterial avsett att användas vid framställning av en porös elektrod för en battericell, kännetecknat av att bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet innefattar en jonledande polymer (10), i form av en modifierad sampolymer som innehåller jonledande segment (2) och vidhäñande polymersegment (3).

4. . Bindemedel och/eller elektrolytmaterial enligt krav 1, kännetecknat av att de jonledande segmenten (2) innefattar åtminstone en polyalkylenoxid, företrädesvis polyetenoxid, polypropenoxid och polytetrametylenoxid. _ Bindemedel och/eller elektrolytmaterial enligt krav 1, kännetecknat av att sampolymeren är baserad på EPDM.

5. . Bindemedel och/eller elektrolytmaterial enligt krav 3, kännetecknat av att de jonledande segmenten (2) är bundna till åtminstone en epoxiderbar polymerkedja (3)-

6. . Bindemedel och/eller elektrolytmaterial enligt krav 1, kännetecknat av att sampolymeren är en blocksampolymer och de jonledande segmenten (2) är bundna till åtminstone en epoxiderbar polymerkedja (3), företrädesvis en polyisoprenkedja eller polybutadienkedja i blocksampolymeren. _ Bindemedel och/eller elektrolytmaterial enligt krav 5, kännetecknat av att blocksampolymeren är baserad på polystyren och polyolefiner.

7. . Elektrod (5) avsedd att användas i en battericell (100), elektroden (5) innefattar elektrokemiskt aktivt material (4), ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial (20) av polymersort, en interkalationsfórening (6) eller ett kolhaltigt material (7), 10 15 20 25 30 516 891 9 tillhandahållen på en strömtilledare (7), kännetecknad av att bindemedlet och/eller elektrolytmaterialet (20) innefattar en polymer (10) med jonledande polymer, i form av en modifierad sampolymer som innehåller jonledande segment (2) och vidhäftande polymersegment.

8. Elektrod enligt krav 7, kännetecknad av att de jonledande polymersegmenten är åtminstone en polyalkylenoxid, såsom polyetenoxid, polypropenoxid och polytetrametylenoxid.

9. Elektrod enligt krav 7, kännetecknat av att sampolymeren är baserad på EPDM.

10. Elektrod enligt krav 9, kännetecknat av att de jonledande segmenten (2) är bundna till åtminstone en epoxiderbar polymerkedja (3).

11.Elektrod enligt något av kraven 7-8, kännetecknad av att sampolymeren är en blocksampolymer och är baserad på polystyren och polyolefiner.

12. Elektrod enligt krav 11, kännetecknad av att blocksampolymeren är försedd med åtminstone en polyisoprenkedja eller polybutadienkedj a, på vilken den jonledande polymeren är ympad. V

13. Förfarande for framställning av ett bindemedel och/eller elektrolytmaterial av ett polymermaterial avsett att användas vid framställningen av en porös elektrod (5) for en battericell (100), kännetecknat av att en sampolymer är modifierad genom ett jonledande segment (2) och vidhäfiande segment införs.

14. Förfarande enligt krav 13, varvid modifieringen innefattar stegen av: - epoxidering av kol-kol-dubbelbindningar i sampolymeren, företrädesvis innefattande åtminstone en enhet med kol-kol-dubbelbindningar, såsom en isopren- eller butadienenhet, eller EPDM; 5 10 516 891 10 - hydroxylering av de epoxiderade bindningarna för att erhålla polymersegment (2) med hydroxylgrupper; - polymerisering av polyalkylenoxiden, företrädesvis polyetenoxid för att ympa polymersegmenten som har hydroxylbindningar med polyalkylenoxid.

15. Förfarande enligt krav 13, kännetecknat av att sampolymeren är en blocksampolymer.