二次电池用电极、其制备方法以及包含其的二次电池和线缆型二次电池技术

本发明专利技术涉及二次电池用电极、其制备方法、以及包含其的二次电池和线缆型二次电池。本发明专利技术的片形式的二次电池用电极包含：集电器；电极活性材料层，所述电极活性材料层形成在所述集电器的一个表面上；导电层，所述导电层形成在所述电极活性材料层上并包含导电材料和粘合剂；和第一多孔支持层，所述第一多孔支持层形成在所述导电层上。本发明专利技术的电极在其至少一个表面上具有支持层以展示提高的柔性并即使在向电极施加强烈的外力时仍能够防止电极活性材料层从集电器脱落，由此防止电池容量下降。此外，多孔支持层使得电解液良好地引入电极活性材料层，另外电解液能够浸入多孔支持层的孔中以抑制电池电阻的升高，由此防止电池性能劣化。

【技术实现步骤摘要】
二次电池用电极、其制备方法以及包含其的二次电池和线缆型二次电池相关申请的交叉参考本申请要求于2013年5月7日在韩国提交的韩国专利申请10-2013-0051564号的优先权，通过参考将其内容并入本文中
本专利技术涉及一种二次电池用电极，更具体地涉及能够防止电极活性材料层脱落并具有更高柔性的二次电池用电极、制备所述电极的方法、以及包含所述电极的二次电池和线缆型二次电池。
技术介绍
二次电池为能够以化学形式储存能量并在需要时能够转化成电能以产生电力的装置。也将所述二次电池称作充电电池，因为其能够反复再充电。普通的二次电池包括铅蓄电池、NiCd电池、NiMH蓄电池、Li离子电池、Li离子聚合物电池等。当与一次性原电池相比时，二次电池不仅是经济更高效的，且是环境更友好的。目前将二次电池用于需要低电力的应用，如用于车辆启动的设备、移动装置、工具、不间断电源等。近来，随着无线通信技术的发展导致移动装置开始普及，甚至导致多种常规器件的可移动化，对二次电池的需求急剧增加。还将二次电池用于环境友好的下一代车辆如混合动力车辆和电动车辆中，以降低成本和重量并提高车辆的服务寿命。通常，二次电池具有圆筒形、棱柱形或袋形。这与二次电池的制造方法相关，其中将由负极、正极和隔膜构成的电极组件安装在圆筒形或棱柱形金属壳或铝层压片的袋形壳中，且在所述壳中填充电解质。因为在这种方法中电极组件需要预定的安装空间，所以二次电池的圆筒形、棱柱形或袋形对于各种形状的移动装置的开发是一种限制。因此，需要具有形状易于适应的新结构的二次电池。为了满足这种需要，已经提出了开发长度对横截面直径之比非常大的线缆型电池。所述线缆型电池在由于造成形状变化的外力而经历应力的同时易于发生形状变化。此外，线缆型电池的电极活性材料层可能因充电和放电过程期间的快速体积膨胀而脱落。根据这些原因，电池的容量会下降且其循环寿命特性会劣化。通过提高粘合剂在电极活性材料层中的用量以在弯曲或扭曲期间提供柔性，可在特定程度内解决这种问题。然而，提高电极活性材料层中粘合剂的量造成电极电阻升高而劣化电池性能。此外，当施加强烈的外力时，例如在电极完全折叠的情况中，即使粘合剂的量变得更大，仍不能防止电极活性材料层脱落。因此，该方法不足以解决这种问题。
技术实现思路
为了解决相关技术的问题而设计了本专利技术，因此本专利技术涉及提供一种二次电池用电极、制备所述电极的方法、以及包含所述电极的二次电池和线缆型二次电池，所述二次电池用电极能够减轻由外力造成的电极活性材料层中的裂纹产生，并且即使存在严重的裂纹仍能够防止电极活性材料层从集电器脱落。根据本专利技术的一个方面，提供一种片形式的二次电池用电极，包含：集电器；电极活性材料层，所述电极活性材料层形成在所述集电器的一个表面上；导电层，所述导电层形成在所述电极活性材料层上并包含导电材料和粘合剂；以及第一多孔支持层，所述第一多孔支持层形成在所述导电层上。所述集电器可以由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；导电聚合物；包含Ni、Al、Au、Ag、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba或ITO的金属粉末的金属糊料；或包含石墨、炭黑或碳纳米管的碳粉末的碳糊料。此外，所述集电器可以为网状物形式。另外，所述集电器可以还包含由导电材料和粘合剂构成的底涂层。导电材料可以包含选自如下的任意一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及它们的混合物。粘合剂可以选自：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。此外，所述集电器可以在其至少一个表面上具有多个凹部，所述多个凹部为连续图案化的或间断图案化的。同时，所述第一支持层可以为网状物形式的多孔膜或无纺布。所述第一支持层可以由选自如下材料中的任意一种制成：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯及它们的混合物。此外，所述第一支持层可以在其上还包含具有导电材料和粘合剂的导电材料涂层。在所述导电材料涂层中，导电材料和粘合剂可以以80:20～99:1的重量比存在。同时，所述第二支持层可以为聚合物膜，所述聚合物膜可以由选自如下物质中的任意一种制成：聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺及它们的混合物。所述导电层可以由重量比为1:10～8:10的导电材料和粘合剂的混合物形成。此外，所述导电层可以为具有0.01～5μm的孔径和5～70％的孔隙率的多孔层。所述导电材料可以包含选自如下材料中的任意一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及它们的混合物。所述粘合剂可以选自如下物质：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。另外，所述第一多孔支持层还可在其上包含多孔涂层，所述多孔涂层包含无机粒子和粘合剂聚合物的混合物。同时，所述片形式的电极还可包含在所述集电器的另一个表面上的第二支持层。所述第二支持层为聚合物膜，所述聚合物膜由选自如下的任意一种制成：聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺及它们的混合物。同时，所述内电极可以为负极或正极，且所述外电极可以为与所述内电极相对应的正极或负极。当将所述二次电池用电极用作负极时，电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料：天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)和包括Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me)；所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx)；所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且当将二次电池用电极用作正极时，电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2各自独立地选自：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，且x+y+z≤1)及它们的混合物。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备片形式的二次电池用电极的方法，包括：(S1)将含电极活性材料的浆料涂布到所述集电器的一个表面上，随后干燥，从而形成电极活性材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种片形式的二次电池用电极，包含：集电器；电极活性材料层，所述电极活性材料层形成在所述集电器的一个表面上；导电层，所述导电层形成在所述电极活性材料层上并包含导电材料和粘合剂；和第一多孔支持层，所述第一多孔支持层形成在所述导电层上。

【技术特征摘要】
2013.05.07 KR 10-2013-00515641.一种片形式的二次电池用电极，包含：集电器；电极活性材料层，所述电极活性材料层形成在所述集电器的一个表面上；导电层，所述导电层形成在所述电极活性材料层上并包含导电材料和粘合剂；和第一多孔支持层，所述第一多孔支持层形成在所述导电层上，其中所述导电层粘合在所述电极活性材料层与所述第一多孔支持层之间而使其相互一体化。2.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述集电器由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；导电聚合物；包含Ni、Al、Au、Ag、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba或ITO的金属粉末的金属糊料；或包含石墨、炭黑或碳纳米管的碳粉末的碳糊料。3.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述集电器为网状物形式。4.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述集电器还包含由导电材料和粘合剂构成的底涂层。5.根据权利要求4的二次电池用电极，其中所述导电材料包含选自如下的任意一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及它们的混合物。6.根据权利要求4的二次电池用电极，其中所述粘合剂选自：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。7.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述集电器在其至少一个表面上具有多个凹部。8.根据权利要求7的二次电池用电极，其中所述多个凹部为连续图案化的凹部或间断图案化的凹部。9.根据权利要求8的二次电池用电极，其中所述连续图案化的凹部以在纵向上相互隔开的方式形成。10.根据权利要求8的二次电池用电极，其中所述间断图案化的凹部通过多个孔形成。11.根据权利要求10的二次电池用电极，其中所述多个孔为圆形或多边形。12.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述第一多孔支持层为网状物形式的多孔膜或无纺布。13.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述第一多孔支持层由选自如下材料中的任意一种制成：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯及它们的混合物。14.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述第一多孔支持层在其上还包含具有导电材料和粘合剂的导电材料涂层。15.根据权利要求14的二次电池用电极，其中在所述导电材料涂层中，所述导电材料和所述粘合剂以80:20～99:1的重量比存在。16.根据权利要求14的二次电池用电极，其中所述导电材料包含选自如下的任意一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及它们的混合物。17.根据权利要求14的二次电池用电极，其中所述粘合剂选自：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。18.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述导电层由重量比为1:10～8:10的导电材料和粘合剂的混合物形成。19.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述导电层具有0.01μm～5μm的孔径和5％～70％的孔隙率。20.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述导电材料包含选自如下材料中的任意一种：炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯及它们的混合物。21.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述粘合剂选自如下物质：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丁苯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。22.根据权利要求1的二次电池用电极，其中所述第一多孔支持层还在其上包含多孔涂层，所述多孔涂层包含无机粒子和粘合剂聚合物的混合物。23.根据权利要求1的二次电池用电极，其还包含形成在所述集电器的另一个表面上的第二支持层。24.根据权利要求23的二次电池用电极，其中所述第二支持层为聚合物膜。25.根据权利要求24的二次电池用电极，其中所述聚合物膜由选自如下物质中的任意一种制成：聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺及它们的混合物。26.根据权利要求1的二次电池用电极，其中当将所述二次电池用电极用作负极时，所述电极活性材料层包括选自如下材料中的活性材料：天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物和金属，所述金属包括Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe；所述金属的合金；所述金属的氧化物；所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且当将所述二次电池用电极用作正极时，所述电极活性材料层包括选自如下材料中的活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2及它们的混合物，其中M1和M2各自独立地选自：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，且x+y+z≤1。27.一种制备片形式的二次电池用电极的方法，包括：(S1)将含电极活性材料的浆料涂布到集电器的一个表面上，随后干燥，以形成电极活性材料层；(S2)将含导电材料和粘合剂的浆料涂布到所述电极活性材料层的顶面上；(S3)在被涂布的含导电材料和粘合剂的浆料上形成第一多孔支持层；以及(S4)将在步骤(S3)中得到的制得物压缩以形成导电层，将所述导电层粘合在所述电极活性材料层与所述第一多孔支持层之间而使其相互一体化，其中在步骤(S3)中，在使所述粘合剂固化前，在被涂布的导电材料浆料上形成第一多孔支持层。28.根据权利要求27的方法，其中在步骤(S4)中，在使所述粘合剂固化前，通过涂布刮刀对在步骤(S3)中得到的制得物进行压缩以形成导电材料层，将所述导电材料层粘合在所述电极活性材料层与所述第一多孔支持层之间而使其相互一体化。29.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：权友涵，郑惠兰，金银卿，金帝映，金孝美，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR