二次电池用电极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及二次电池用电极及其制备方法。本发明专利技术一实施例的二次电池用电极的制备方法包括：向等离子体反应炉的内部提供包含用于形成气孔的金属纤维的无纺布型集电体的步骤；向上述反应腔室的内部提供包含活性物质的金属、准金属及其氧化物或由它们混合而成的溅射靶材的步骤；以及借助利用等离子体的溅射方法，通过上述气孔，来在上述金属纤维上蒸镀呈非放射状的活性物质层的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二次电池技术，更详细地，涉及无粘结剂的二次电池用电极及其制备方法。
技术介绍
二次电池作为可使用可逆性优秀的电极材料来进行充电及放电的电池，代表性的商用化的有锂二次电池。上述锂二次电池不仅用作智能手机、便携式计算机及电子纸等小型IT设备的小型电源，而且作为搭载于汽车等移动机构或智能电网等供电网的电力储存场所使用的中大型电源也备受期待。在使用锂金属作为锂二次电池的负极材料的情况下，因形成树突而存在发生电池短路或爆炸的危险性，因此，在负极中普遍使用可以插入(intercalation)及脱出(deintercalation)锂的石墨及人造石墨等结晶质类碳或软碳及硬碳和碳类活性物质来代替上述锂金属。但是，随着二次电池的应用范围扩大，更加需要二次电池的高容量化及高输出化，由此，可以代替具有372mAh/g的理论容量的碳类负极材料的具有500mAh/g以上的容量的硅(Si)、锡(Sn)或铝(Al)等可以与锂实现合金化的非碳类负极材料正备受瞩目。在这种非碳类负极材料中，由于硅的理论容量最大，达到约4200mAh/g，因而在容量方面，硅的实用化非常重要。但是，由于硅在进行充电时的体积与放电时相比增加4倍左右，因此，在进行充放电过程中，因体积变化而导致活性物质之间的电连接受到破坏或使活性物质从集电体分离，且由于电解质引起的活性物质的浸蚀，进行形成Li2O等固体电解质界面(SolidElectrolyteInterface、SEI)等不可逆反应，由此导致寿命劣化，从而难以实现硅的实用化。为了解决上述问题，提出了制备纳米尺寸的活性物质的方法、利用石墨或碳对活性物质的表面进行改性的方法及对具有多种结构的物质进行合成的方法。并且，公开了通过对集电体箔的表面进行湿式蚀刻，来形成剖面为半圆形的多个槽(groove)或多个半球形槽，或者在集电体箔的上部形成以一端实际上固定于集电体的箔的方式生长的纳米线后，通过对活性物质进行物理性气相沉积，来解决基于负极材料的充放电引起的问题的技术，但是，由于形成一次性覆盖纳米线的活性物质层，因而存在难以解决活性物质的脱离问题及由于纳米线，相对于体积，难以提高比表面积的问题。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，为了可以使体积膨胀率大的高容量的新的活性物质的实用化，制备可以抑制由充放电时的体积变化引起的不可逆性，且相对于体积，可以有效提高比表面积的二次电池用电极。并且，本专利技术所要解决的另一技术问题在于，提供具有上述优点的二次电池用电极的制备方法。解决问题的手段用于解决上述问题的本专利技术一实施例的二次电池用电极包括：无纺布型集电体，包含用于从上述无纺布型集电体的表面向内部形成连续的气孔的金属纤维；以及活性物质层，借助利用等离子体的溅射方法，通过上述气孔，来以非放射状蒸镀于上述金属纤维上。在一实施例中，以非放射状蒸镀的上述活性物质层的由以下式1确定的圆度可以具有0.2至0.8范围内的值，式1上述A为上述金属纤维及形成于上述金属纤维上的上述活性物质层的剖面结构的整个剖面的面积，上述P为上述剖面结构的周长。在一实施例中，上述剖面结构可以呈椭圆形。在一实施例中，上述活性物质层可以从上述无纺布型集电体的表面蒸镀至上述无纺布型集电体的内部。在此情况下，上述气孔的大小可以大于等于等离子体鞘层(sheath)的大小。上述气孔的大小可以在0.01mm至2mm的范围内。在一实施例中，上述金属纤维的直径可以在1μm至200μm的范围内。并且，上述金属或准金属包含选自由锡(Sn)、硅(Si)、锑(SB)、锌(Zn)、锗(Ge)、铝(Al)、铜(Cu)、铋(Bi)、镉(Cd)、镁(Mg)、砷(As)、镓(Ga)、铅(Pb)及铁(Fe)组成的组中的一种或它们的金属间化合物。上述金属纤维可以为不锈钢、铁、铝、铜、镍、铬、钛、钒、钨、锰、钴、锌、钌、铅、铱、锑、铂、银、金或它们的合金中的一种。上述金属纤维可以得到酸洗处理，以调节上述金属纤维的表面粗糙度。用于解决上述另一技术问题的本专利技术一实施例的二次电池用电极的制备方法包括：向等离子体反应炉的内部提供包含用于形成气孔的金属纤维的无纺布型集电体的步骤；向上述反应腔室的内部提供包含活性物质的金属、准金属及其氧化物或由它们混合而成的溅射靶材的步骤；以及借助利用等离子体的溅射方法，通过上述气孔，来在上述金属纤维上蒸镀呈非放射状的活性物质层的步骤。在一实施例中，以非放射状蒸镀的上述活性物质层的由以下式1确定的圆度可以具有0.2至0.8范围内的值，式1：上述A为上述金属纤维及形成于上述金属纤维上的上述活性物质层的剖面结构的整个剖面的面积，上述P为上述剖面结构的周长。在一实施例中，上述无纺布型集电体以使得上述无纺布型集电体的表面的相向的面都可以向等离子体露出的方式在上述等离子体反应炉内漂浮。上述活性物质层可以从上述无纺布型集电体的表面蒸镀至上述无纺布型集电体的内部。上述等离子体反应炉的内部可以通过注入反应性气体来具有氧化性气氛或还原性气氛。上述气孔的大小可以大于等于等离子体鞘层的大小。在一实施例中，上述气孔的大小可以在0.01mm至2mm的范围内，上述金属纤维的直径可以在1μm至200μm的范围内。上述金属或准金属可包含选自由锡、硅、锑、锌、锗、铝、铜、铋、镉、镁、钴、砷、镓、铅及铁组成的组中的一种或它们的金属间化合物。上述金属纤维可以为不锈钢、铁、铝、铜、镍、铬、钛、钒、钨、锰、钴、锌、钌、铅、铱、锑、铂、银、金或它们的合金中的一种。专利技术的效果根据本专利技术的实施例，可以提供可改善能源密度的二次电池用电极，上述二次电池用电极借助利用等离子体的溅射方法，通过上述气孔，来在包含形成气孔的金属纤维的无纺布型集电体的上述金属纤维上蒸镀非放射状的活性物质层，从而抑制在体积膨胀率大的高容量的活性物质进行充放电时发生的拉伸应力，来抑制活性物质层的脱离等不可逆性，并相对于体积，有效提高比表面积。并且，根据本专利技术的另一实施例，可以提供二次电池用电极的制备方法，上述二次电池用电极的制备方法可以以无粘结剂方式来干式制备无纺布型集电体的电极，上述无纺布型集电体的电极借助利用等离子体的溅射方式，来形成有具有上述优点的非放射状的活性物质层。附图说明图1为示出本专利技术一实施例的无纺布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池用电极的制备方法，其特征在于，包括：向等离子体反应炉的内部提供包含用于形成气孔的金属纤维的无纺布型集电体的步骤；向所述反应腔室的内部提供包含活性物质的金属、准金属及其氧化物或由它们混合而成的溅射靶材的步骤；以及借助利用等离子体的溅射方法，通过所述气孔，来在所述金属纤维上蒸镀呈非放射状的活性物质层的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.15 KR 10-2014-0004972;2014.10.29 KR 10-2011.一种二次电池用电极的制备方法，其特征在于，包括：
向等离子体反应炉的内部提供包含用于形成气孔的金属纤维的无
纺布型集电体的步骤；
向所述反应腔室的内部提供包含活性物质的金属、准金属及其氧
化物或由它们混合而成的溅射靶材的步骤；以及
借助利用等离子体的溅射方法，通过所述气孔，来在所述金属纤
维上蒸镀呈非放射状的活性物质层的步骤。
2.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，以非放射状蒸镀的所述活性物质层的由以下式1确定的圆度具有
0.2至0.8范围内的值，
式1：
所述A为所述金属纤维及形成于所述金属纤维上的所述活性物质
层的剖面结构的整个剖面的面积，所述P为所述剖面结构的周长。
3.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述无纺布型集电体以使得所述无纺布型集电体的表面的相向的
面都能向等离子体露出的方式在所述等离子体反应炉内漂浮。
4.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述活性物质层从所述无纺布型集电体的表面蒸镀至所述无纺布
型集电体的内部。
5.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述等离子体反应炉的内部通过注入反应性气体来具有氧化性气
氛或还原性气氛。
6.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述气孔的大小大于等于等离子体鞘层的大小。
7.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述气孔的大小在0.01mm至2mm的范围内。
8.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述金属纤维的直径在1μm至200μm的范围内。
9.根据权利要求1所述的二次电池用电极的制备方法，其特征在
于，所述金属或准金属包含选自由锡、硅、锑、锌、锗、铝、铜、铋、
镉、镁、钴、砷、镓、铅及铁组成的组中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镕敏，柳明铉，宋性炫，崔在哲，金昌炫，
申请(专利权)人：JENAX股份有限公司，汉田大学产学协力机构，
类型：发明
国别省市：韩国;KR