包含具有三维网络结构的电极集电器的电极制造技术

本公开提供一种二次电池用电极，其中将两个以上的单元电极以彼此紧密接触的状态层压，并且彼此相邻的单元电极通过电极混合物电连接，其中在各个所述单元电极中，将所述含有电极活性材料的电极混合物导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中。

Electrode containing an electrode collector with three dimensional network structure

The present disclosure provides a two battery electrode in which more than two unit electrodes are laminated to each other in close contact with each other, and the adjacent unit electrodes are electrically connected through an electrode mixture. In each of the cell electrodes, the electrode mixture containing the electrode active material is introduced into a three-dimensional network. The unit of the unit of the collaterals is in the hole.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含具有三维网络结构的电极集电器的电极
本公开涉及包含具有三维网络结构的集电器的电极。
技术介绍
随着移动设备的技术发展和对其需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在二次电池中，具有高能量密度、高运行电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已市售并被广泛使用。此外，随着对环境问题的日益关注，已经对能够替代使用化石燃料的车辆如汽油车辆、柴油车辆等的电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)进行了积极研究。化石燃料是造成空气污染的主要原因之一。作为EV和HEV的电源，对使用具有高的能量密度和放电电压的锂二次电池的研究及其实际应用的兴趣在不断增加。此外，根据多功能微型可穿戴设备和便携式设备的发展趋势，对二次电池本身的小型化和薄型化的需求在不断增加。另外，为了使可穿戴设备和便携式设备能够长时间使用，已经对提高二次电池的容量进行了多种方式的尝试。传统的电极是通过将其中使电极活性材料、粘结剂和导电材料适当混合的浆料涂布在正极和负极集电器上，然后进行热处理工序而制备的。即，传统电极具有在正极和负极集电器上形成包含粘结剂和导电材料的电极混合物层的结构。在这种结构中，当增加电极混合物层的厚度以增加电池的容量时，由于集电器与活性材料的上部之间的距离增加，所以在活性材料的上部产生的电子不会快速地移动到集电器，此外，由于电极中产生的锂离子的移动路径变长，所以所述锂离子的移动速度受到限制，由此整个电极中的电阻大大增加。另外，由于电极混合物层的厚度的增加会降低电解质对活性材料层的浸渗速率，所以电极的电阻增大的问题可能变得更严重。另外，由于包含在电极混合物层中的粘结剂相对较轻，所以粘结剂可能不会均匀地分散在电极混合物层中，因此粘结剂可能会远离电极混合物层的表面。特别地，电极混合物层越厚，粘结剂越远离电极混合物层，由此不可能避免因活性材料与集电器的分离而导致的电池的循环特性和寿命的劣化，其中所述分离是由在所述电池的充放电过程期间发生的体积变化引起的。为了解决这些问题，以往已经开发了以多层的方式应用通过改变电极活性材料的孔隙率、类型等制备的电极混合物层的技术。然而，即使在这种结构中，负载量仍受到限制，不能获得期望的电子传导性和离子传导性，由于电极混合物层的厚度增加而存在电极强度降低的功能问题，并且不能克服未来所要求的电池的小型化和薄型化的限制。因此，为了制备具有更高能量密度的高负载电极，迫切需要用于具有能够解决上述问题的新颖结构的电极的技术。
技术实现思路
技术问题为了解决相关领域的上述问题以及以往已经发现的技术问题而提供了本公开。本申请的专利技术人进行了深入的研究和各种试验，并且已经证实，如下面将要说明的，当使用由具有将含有电极活性材料的电极混合物导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中的结构的单元电极构成的二次电池用电极时，即使当电极混合物的负载量增加时，电极内部的电阻仍然是小的，并且可以防止电极混合物层的分离，由此完成本公开。技术方案本公开提供二次电池用电极，其中两个以上的单元电极被以彼此紧密接触的状态层压，并且彼此相邻的单元电极通过电极混合物电连接，其中在各个单元电极中，含有电极活性材料的电极混合物被导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中。根据本公开的示例性实施方案，电极可以具有其中2～10个单元电极被层压的结构。根据本公开的示例性实施方案，具有三维网络结构的单元集电器可以是导电金属毡。根据本公开的示例性实施方案，具有三维网络结构的单元集电器的平均厚度可以在30μm～400μm的范围内。根据本公开的示例性实施方案，具有三维网络结构的单元集电器中的孔的平均直径可以在1μm～100μm的范围内。根据本公开的示例性实施方案，具有三维网络结构的单元集电器和电极混合物可以在单元电极中混合存在。根据本公开的示例性实施方案，涂布在所述单元集电器一侧的外表面上的电极混合物层的厚度可以在10μm～100μm的范围内。根据本公开的示例性实施方案，电极的厚度可以在50μm～500μm的范围内。根据本公开的一个示例性实施方案，单元电极可以通过电极混合物中的粘结剂彼此结合。根据本公开的示例性实施方案，可以在所述单元电极之间另外插入普通集电器。本公开提供由所述二次电池用电极构成的电池单元。根据本公开的示例性实施方案，二次电池用电极可以通过包括如下工序的方法来制备：(a)制备具有三维网络结构的单元集电器和电极浆料的工序；(b)用所述电极浆料对所述单元集电器进行涂布的工序；(c)对所述电极浆料进行干燥以形成电极混合物层的工序；(d)对所述单元电极进行辊压的工序；和(e)对所述单元电极进行层压的工序。根据本公开的另一个示例性实施方案，二次电池用电极可以通过包括如下工序的方法来制备：(a)制备具有三维网络结构的单元集电器和电极浆料的工序；(b)用所述电极浆料对所述单元集电器进行涂布的工序；(c)对所述电极浆料进行干燥以形成电极混合物层的工序；(d)对所述单元电极进行层压的工序；和(e)对所述层压的单元电极进行辊压的工序。有益效果如上所述，本公开的二次电池用电极具有如下结构：对具有其中电极混合物被浸渗并涂布在具有三维网络结构的单元集电器上的结构的单元电极层压，并且所述单元电极通过电极混合物彼此连接。将含有电极活性材料的电极混合物移动到形成在单元集电器中的孔中以填充单元集电器内部的结构能够减小电极整体的厚度的增大，并缩短集电器与电极活性材料之间的物理距离。因此，即使当电极混合物的负载量增加时，也能够防止由于锂离子的长移动路径而导致的内部电阻增加，并且由此能够提供比使用具有相同厚度的普通集电器的情况的电池容量高的电池容量。此外，即使当电极混合物的负载量增加时，集电器与电极活性材料之间的距离也是短的，这使得能够实现兼具高输出和高容量两者的电池。另外，在集电器的内部填充有含有电极活性材料的电极混合物，并且最终使粘结剂均匀地分散在电极内，由此能够防止电极活性材料的分离，导致电极的性能提高且寿命延长。另外，因为使用导电金属毡作为集电器，所以本公开的二次电池的电极由于金属毡本身的柔性而具有适用于柔性电池的优势。附图说明图1是示意性显示本公开实施方案的单元集电器的透视图。图2是示意性显示其中图1的单元集电器被层压而得到的电极的透视图。图3是图2的部分放大图且是显示电极混合物被导入单元集电器的孔中的透视图。图4是示意性显示用电极混合物对图1的单元集电器进行涂布的状态的透视图。图5是沿图4的线A-A'取的垂直截面。图6是其中图4的单元集电器被层压而得到的电极的垂直截面。具体实施方式本公开涉及二次电池用电极，其中两个以上的单元电极被以彼此紧密接触的状态层压，并且彼此相邻的单元电极通过电极混合物电连接，其中在各个单元电极中，含有电极活性材料的电极混合物被导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中。图1是示意性显示本公开实施方案的单元集电器的透视图，且图2是示意性显示其中图1的单元集电器被层压而得到的电极的透视图。参考图1、2和3，单元电极10包括具有含孔13的三维网络结构的单元集电器11，所述孔13形成为穿过单元集电器的外表面和内部的开孔，并且含有电极活性材料的电极混合物渗透在孔间。如上所述，本公开的二次电池用电极具有在单元集电器自身中形成开孔的结构，因此在将电极混合物涂布在单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池用电极，其中，两个以上的单元电极被以彼此紧密接触的状态层压，并且彼此相邻的单元电极通过电极混合物电连接，其中在各个所述单元电极中，含有电极活性材料的所述电极混合物被导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.09 KR 10-2016-0116187;2017.09.04 KR 10-2011.一种二次电池用电极，其中，两个以上的单元电极被以彼此紧密接触的状态层压，并且彼此相邻的单元电极通过电极混合物电连接，其中在各个所述单元电极中，含有电极活性材料的所述电极混合物被导入具有三维网络结构的单元集电器的孔中。2.如权利要求1所述的电极，其中，所述电极具有其中2～10个单元电极被层压的结构。3.如权利要求1所述的电极，其中，所述具有三维网络结构的单元集电器是导电金属毡。4.如权利要求1所述的电极，其中，所述具有三维网络结构的单元集电器的平均厚度在30μm～400μm的范围内。5.如权利要求1所述的电极，其中，所述具有三维网络结构的单元集电器中的孔的平均直径在1μm～100μm的范围内。6.如权利要求1所述的电极，其中，所述具有三维网络结构的单元集电器和电极混合物在所述单元电极中混合存在。7.如权利要求1所述的电极，其中，涂布在所述单元集电器一侧的外表面上的电极混合物层的厚度在10μm～100μm的范围内。8.如权利要求1所述的电极，其中，所述电极的厚度在50μm～...

【专利技术属性】
技术研发人员：睦恩庚，柳珉圭，严仁晟，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR