三维电极结构、包括其的二次电池及制造三维结构的方法技术

一种二次电池，包括第一电极结构、与第一电极结构间隔开的第二电极结构、以及设置在第一电极结构与第二电极结构之间的电解质层，其中第一电极结构包括集流体层和多个第一活性材料板，所述多个第一活性材料板电连接到集流体层、从集流体层突出并包括第一活性材料，其中所述多个第一活性材料板的每个板具有宽度和大于宽度的长度，并且所述多个第一活性材料板在宽度方向上和在长度方向上彼此间隔开，以及其中电解质层沿长度方向延伸到所述多个第一活性材料板之间的间隙中。

Three-dimensional electrode structure, secondary batteries including them and methods of manufacturing three-dimensional structure

A secondary battery comprises a first electrode structure, a second electrode structure spaced from the first electrode structure, and an electrolyte layer arranged between the first electrode structure and the second electrode structure, wherein the first electrode structure comprises a fluid collecting layer and a plurality of first active material plates electrically connected to the fluid collecting layer, protruding from the fluid collecting layer and comprising the first active material plate. An active material in which each of the first active material plates has a width and a length greater than the width, and the first active material plates are separated from each other in the width direction and in the length direction, and the electrolyte layer extends along the length direction to the gap between the first active material plates.

【技术实现步骤摘要】
三维电极结构、包括其的二次电池及制造三维结构的方法
本公开涉及三维电极结构、包括三维电极结构的电池、以及制造三维电极结构的方法。
技术介绍
二次电池是能够充电和放电的电池，与不能被再充电的一次电池不同。二次电池已广泛用于诸如移动电话、笔记本电脑和摄像机的各种电子设备。特别是，因为其具有比镍镉电池或镍氢电池更高的电压和更高的每单位重量能量密度，所以锂二次电池适合于电子设备。随着使用二次电池的电子设备的类型多样化，对二次电池性能的提高例如诸如增大的能量密度、倍率性能(ratecapacity)、稳定性、耐久性和灵活性的提高的需求增加。二次电池的能量密度与二次电池的容量增加有关，倍率性能与二次电池的充电速度的提高有关。因此，希望提供具有提高的容量和充电速度的二次电池。
技术实现思路
提供了可以提高二次电池的能量密度的电极结构(三维电极结构)。提供了可以有利于增加二次电池的容量并且可以改善其中的反应均匀性和结构稳定性的电极结构。提供了可以有利于改善性能和延长二次电池的寿命的电极结构。提供了可以提高二次电池的倍率性能的电极结构。提供了包括以上电极结构的二次电池。还提供了制造电极结构和二次电池的方法。根据一实施方式的一方面，一种二次电池包括第一电极结构、与第一电极结构间隔开的第二电极结构、以及设置在第一电极结构与第二电极结构之间的电解质层，其中第一电极结构包括集流体层和多个第一活性材料板，所述多个第一活性材料板电连接到集流体层、从集流体层突出并包括第一活性材料，其中所述多个第一活性材料板的每个具有宽度和大于宽度的长度，所述多个第一活性材料板在宽度方向上和在长度方向上彼此间隔开设置，以及其中电解质层沿长度方向延伸到所述多个第一活性材料板之间的间隙中。所述多个第一活性材料板可以包括第一板和在长度方向上与第一板间隔开的第二板，第一板具有面对第二板的第一端面，第二板具有面对第一端面的第二端面，并且电解质层覆盖第一端面和第二端面的每个的至少一部分。所述多个第一活性材料板可以包括在宽度方向上与第一板间隔开的第三板，第一板具有面对第三板的第一侧表面，第三板具有面对第一侧表面的第二侧表面，并且电解质层覆盖第一侧表面和第二侧表面的每个的至少一部分。第二电极结构可以包括包含第二活性材料的第二活性材料构件，并且第二活性材料构件沿宽度方向在所述多个第一活性材料板之间以及沿长度方向在所述多个第一活性材料板之间延伸。空的空间可以存在于第二活性材料构件与所述多个第一活性材料板之间。第一电极结构可以是阴极，并且第二电极结构可以是阳极。所述多个第一活性材料板的每个板的宽度可以为约5微米(μm)或更大。第一多个活性材料板的每个板的高度与宽度的比率可以为约4:1或更大。所述多个第一活性材料板的每个板具有大于其高度的长度。所述多个第一活性材料板在宽度方向上的间隙可以对应于每个板的宽度的50％或更多。所述多个第一活性材料板之间在长度方向上的间隙可以对应于所述多个第一活性材料板的每个板的宽度的50％或更大。所述多个第一活性材料板中的第一板和第二板可以具有彼此不同的长度。所述多个第一活性材料板可以包括第一组板和在长度方向上与第一组板间隔开的第二组板，其中第二组板在长度方向上比第一组板更靠近第一电极结构的端部，并且第二组板的每个板的长度可以短于第一组板的每个板的长度。所述多个第一活性材料板的每个板可以包括内部集流体(例如集流)层，并且内部集流层可以电连接到集流层。集流层可以包括导体-活性材料复合物。基于导体-活性材料复合物的总体积，导体-活性材料复合物中的活性材料的含量可以为约30体积百分比(vol％)或更少。第二电极结构可以包括多个第二活性材料板，并且所述多个第一活性材料板和所述多个第二活性材料板可以交替地布置。第一电极结构、电解质层和第二电极结构构成电池，并且二次电池可以包括堆叠的多个电池。二次电池可以是锂二次电池。根据另一实施方式的一方面，一种二次电池包括第一电极结构、与第一电极结构间隔开的第二电极结构、以及在第一电极结构与第二电极结构之间的电解质层，其中第一电极结构包括集流体层和多个活性材料板，所述多个活性材料板电连接到集流体层、从集流体层突出并包括活性材料，其中所述多个活性材料板的每个板具有宽度和大于宽度的长度，并且所述多个活性材料板在宽度方向上和在长度方向上彼此间隔开，以及其中第二电极结构沿宽度方向在所述多个活性材料板之间以及沿长度方向在所述多个活性材料板之间延伸。所述多个活性材料板可以包括第一活性材料板和在长度方向上与第一活性材料板间隔开的第二活性材料板，第一活性材料板可以具有面对第二活性材料板的第一端面，第二活性材料板具有面对第一端面的第二端面，并且第二电极结构可以覆盖第一端面和第二端面的每个的至少一部分。电解质层可以沿宽度方向在所述多个活性材料板之间以及沿长度方向在所述多个板之间延伸。根据另一实施方式的一方面，一种制造二次电池的方法包括：提供包括多个活性材料片和多个第一牺牲层片的第一堆叠结构，其中所述多个活性材料片和所述多个第一牺牲层片被交替地堆叠；将第一堆叠结构切割成多个第一堆叠结构；形成包括所述多个第一堆叠结构和多个第二牺牲层片的第二堆叠结构，其中所述多个第一堆叠结构和所述多个第二牺牲层片交替地堆叠；将第二堆叠结构切割成多个第二堆叠结构；提供基板，基板包括在基板的表面上的导电层；以及在导电层上设置所述多个第二堆叠结构。额外的方面将在下面的描述中被部分地陈述并且部分将自该描述明显，或者可以通过给出的实施方式的实践而被了解。附图说明这些和/或另外的方面将由以下结合附图对实施方式的描述变得清楚和更易理解，附图中：图1是根据一实施方式的三维(3D)电极结构的透视图；图2是图1的3D电极结构的平面图；图3是根据一比较示例的电极结构的透视图；图4A至4C是根据图3中的比较示例的电极结构的扫描电子显微镜(SEM)图像；图5是能量密度(瓦特小时每升，Wh/L)对板高度高宽比(板高度，微米(μm))的曲线图，显示了3D电极结构中根据多个活性材料板的高度高宽比的能量密度变化。沿着图5的X轴的括号中的数字表示活性材料板的高度(μm)；图6A是相对能量密度(百分比，％)对单位电池长度(毫米，mm)的曲线图，显示了当模块由采用3D电极结构的多个单位电池(电池单元)形成时根据单位电池的长度的相对能量密度(百分比，％)变化；图6B和6C分别是图6A中的点A和B处的电池的图示；图7是根据一比较示例的3D电极结构的透视图；图8A和8B是示出通过在图7的3D电极结构(第一电极结构)中顺序地形成电解质层和第二电极结构而制造的二次电池的剖面的一部分的剖视图；图9A、9B、10A和10B是显示当电解质层形成在图7的3D电极结构中时由分隔物导致的问题的SEM图像；图11示出根据一实施方式的制造包括3D电极结构的二次电池的方法；图12A和12B是示出根据一实施方式的通过在3D电极结构(第一电极结构)中顺序地形成电解质层和第二电极结构而制造的二次电池的剖面的一部分的剖视图；图13A和13B是示出根据一实施方式的在3D电极结构中形成电解质层的工艺的一示例的透视图；图14A至14D是显示根据一实施方式的在3D电极结构中通过旋涂方法形成的电解质层的状态的一组SEM图像；图15是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二次电池，包括：第一电极结构；第二电极结构，与所述第一电极结构间隔开；以及电解质层，设置在所述第一电极结构与所述第二电极结构之间，其中所述第一电极结构包括：集流体层；以及多个第一活性材料板，所述多个第一活性材料板电连接到所述集流体层、从所述集流体层突出并包括第一活性材料，其中所述多个第一活性材料板的每个第一活性材料板具有宽度和大于所述宽度的长度，并且所述多个第一活性材料板在宽度方向上和在长度方向上彼此间隔开，以及其中所述电解质层沿所述长度方向延伸到所述多个第一活性材料板之间的间隙中。

【技术特征摘要】
2017.06.22 KR 10-2017-00792141.一种二次电池，包括：第一电极结构；第二电极结构，与所述第一电极结构间隔开；以及电解质层，设置在所述第一电极结构与所述第二电极结构之间，其中所述第一电极结构包括：集流体层；以及多个第一活性材料板，所述多个第一活性材料板电连接到所述集流体层、从所述集流体层突出并包括第一活性材料，其中所述多个第一活性材料板的每个第一活性材料板具有宽度和大于所述宽度的长度，并且所述多个第一活性材料板在宽度方向上和在长度方向上彼此间隔开，以及其中所述电解质层沿所述长度方向延伸到所述多个第一活性材料板之间的间隙中。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板包括第一板和在所述长度方向上与所述第一板间隔开的第二板，所述第一板具有面对所述第二板的第一端面，并且所述第二板具有面对所述第一端面的第二端面，以及所述电解质层覆盖所述第一端面和所述第二端面的每个的至少一部分。3.根据权利要求2所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板包括在所述宽度方向上与所述第一板间隔开的第三板，所述第一板具有面对所述第三板的第一侧表面，并且所述第三板具有面对所述第一侧表面的第二侧表面，以及所述电解质层覆盖所述第一侧表面和所述第二侧表面的每个的至少一部分。4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第二电极结构包括包含第二活性材料的第二活性材料构件，以及所述第二活性材料构件沿所述宽度方向在所述多个第一活性材料板之间以及沿所述长度方向在所述多个第一活性材料板之间延伸。5.根据权利要求4所述的二次电池，其中由所述第二活性材料构件的外表面限定的空的空间存在于所述多个第一活性材料板之间。6.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一电极结构是阴极，并且所述第二电极结构是阳极。7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板的每个板的所述宽度为约5微米或更大。8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板的每个板的高度与所述宽度的比率为约4:1或更大。9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板的每个板具有比其高度更大的长度。10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板之间在所述宽度方向上的间隙具有为所述多个第一活性材料板的每个板的所述宽度的50％或更大的距离。11.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板之间在所述长度方向上的间隙具有为所述多个第一活性材料板的每个板的所述宽度的50％或更大的距离。12.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板中的至少两个板具有彼此不同的长度。13.根据权利要求12所述的二次电池，其中所述多个第一活性材料板包括第一组板和在所述长度方向上与所述第一组板间隔开的第二组板，其中所述第二组板在所述长度方向上比所述第一组板更靠近所述第一电极结构的端部，以及所述第二组板的每个板的长度短于所述第一组板的每个板的长度。14.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴辉烈，郑熙树，金敬焕，李俊亨，任成镇，许晋硕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR