电极和包含所述电极的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电极和一种包含所述电极的锂二次电池。通过制备包含使用能够负载电极活性材料的结构体形成的电极活性层的电极，所述电池的安全性和充放电特性由于在所述结构体内部负载电极活性材料的形态特性而得到改善。

Electrodes and lithium secondary batteries containing the electrodes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极和包含所述电极的锂二次电池
本申请要求2017年3月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2017-0033415和2018年3月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2018-0030476的优先权和权益，并将其全部内容以引用的方式并入本文中。本专利技术涉及一种能够用作锂二次电池的正极或负极的电极和一种包含所述电极的锂二次电池。
技术介绍
随着电子产业的最新发展，电子装置已经变得更小、更轻，并且便携式电子装置的使用因此增加。对作为这样的便携式电子装置的电源的、具有高能量密度的二次电池的需求已经增加，并且对锂二次电池的研究一直在积极地进行。锂金属具有3862mAh/g的高理论容量和低的标准电极电位(-3.04(相对于SHE))，这使得它成为作为高能量密度锂二次电池的负极的理想材料。然而，由于因锂枝晶生长引起的电池内部短路等而引发的安全问题，锂金属尚未作为锂电池的负极材料被商业化。此外，锂金属与活性材料或电解质产生副反应，从而极大地影响电池的短路和寿命。因此，使锂金属电极稳定以及通过抑制枝晶而防止电池容量降低和提高电池安全性的技术是开发下一代锂二次电池必须先行的核心技术。一直在对各种形式的电极活性材料和电极进行不断研究以防止电池容量降低和提高电池安全性。例如，已经开发了一种负极活性材料，其中将Au沉积在腔状胶囊的内表面上，并且以Au作为籽晶而在所述腔状胶囊内部填充锂金属(NatureEnergy1，论文编号：16010(2016)，“Selectivedepositionandstableencapsulationoflithiumthroughheterogeneousseededgrowth(经由异质晶种生长将锂选择性沉积和稳定封装)”)。所述腔状胶囊形式的负极活性材料由于其密闭的形状而能够确保在电解液中的稳定性，然而，填充在所述腔状胶囊内部的锂金属的体积不容易控制，并且当形成电极时，由于其球状而可能发生降低导电性的问题。此外，已经公开了关于如下锂电极的技术，所述锂电极被制备成具有三维多孔结构体，然后用锂金属或锂合金填充所述孔隙(韩国专利号1417268)。在所述锂电极中，在所述锂电极的多孔结构体的孔隙中以及锂电极的表面上发生反应，由此提高了锂金属电池的充放电循环特性并且提高了输出特性。如上所述，已在不断地开发技术以防止电池容量降低和提高充放电性能，然而，仍然不断需要对用于满足安全性以及使电池的各功能方面得到改善的技术开发。现有技术文献专利文献(专利文献0001)韩国专利号1417268，“lithiumelectrodeforlithiummetalbatteryandmethodformanufacturingthesame(用于锂金属电池的锂电极和其制造方法)”。(专利文献0002)韩国专利号0447792，“lithiumelectrodeusingporousthree-dimensionalcurrentcollector,methodformanufacturingthesameandlithiumbattery(使用多孔三维集电器的锂电极、其制造方法以及锂电池)”。非专利文献(非专利文献001)Yan等，NatureEnergy1，论文编号：16010(2016)，“Selectivedepositionandstableencapsulationoflithiumthroughheterogeneousseededgrowth(经由异质晶种生长将锂选择性沉积和稳定封装)”。
技术实现思路
【技术问题】作为鉴于上述情况进行广泛研究的结果，本专利技术的一个实施方式涉及一种电极，所述电极包含呈分散到电极活性层中的形式的、能够负载电极活性材料的结构体，由此通过控制所述结构体内部负载的电极活性材料的容量来提高电池的充放电性能，并且由于负载电极活性材料的结构体的形态特性而防止电极中的枝晶生长，这也改善电池的安全性。因此，本专利技术的一个实施方式涉及提供一种能够提高安全性以及诸如电池容量和充放电性能的功能方面的电极。本专利技术的另一个实施方式涉及提供一种包含这样的电极的锂二次电池。【技术方案】鉴于上述情况，本专利技术的一个实施方式提供一种电极，所述电极包含集电器；以及电极活性层，所述电极活性层形成在所述集电器上并且包含能够负载电极活性材料的结构体。本专利技术的另一个实施方式提供一种包含所述电极的锂二次电池。【有益效果】在一个实施方式中，在根据本专利技术的电极中，将用于负载电极活性材料的结构体分散到电极活性层中，并且所述结构体在其中未负载电极活性材料和在其中负载有电极活性材料这两种状态下都能够发挥电极活性材料的作用，并且因此，可以通过具有管状的结构体的形态特性来提高充放电性能。此外，电极活性材料被负载在所述结构体内部，并且可以防止电极中的枝晶生长和电极活性材料与电解液之间的反应，并且因此，可以改善电极的安全性。此外，在一个实施方式中，在电极活性层中包含的结构体的内表面上形成的金属允许电极活性材料在金属周围形成，并且因此，能够防止以枝晶形式生长，并且还能够通过防止与电解液发生反应来提高电池安全性。具体地，所述结构体本身可以用作负极活性材料或在其中负载有锂金属的同时用作负极活性材料。此外，所述结构体为具有大于1的长径比的管状结构体，并且借助于管状的形态特性，所述结构体本身可以成为导电通路。附图说明图1a和图1b是根据本专利技术的实施方式的电极的示意图。图2a和图2b是根据本专利技术的实施方式的结构体的示意图(图1a：负载锂金属之前的结构体，图1b：负载锂金属之后的结构体)。图3a和图3b分别是示出根据本专利技术的一个实施方式的结构体中的管的纵截面和横截面的示意图。图4是作为用于制备根据本专利技术的一个实施方式的结构体的电辐射装置的双喷嘴系统的示意图。图5a至图5c示出使用本专利技术的实施例和比较例的负极制造的锂半电池的充放电试验结果的图。图6示出在充放电之前和之后观测使用实施例1的负极制造的锂半电池的形态变化的透射电子显微镜(TEM)照片(原始：在充放电之前；20thD：在第20次放电之后；20thC：在第20次充电之后)。图7示出当对使用实施例和比较例的负极制造的锂半电池充电时观测锂金属生长的形态的扫描电子显微镜(SEM)照片。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以阐明本专利技术。本说明书和权利要求中使用的术语或词语不应当被解释为限于通常的含义或词典的含义，并且应当基于本申请的专利技术人可以适当地定义术语的概念以便以最好的方式描述他们自己的专利技术的原则被解释为对应于本专利技术的技术构思的含义和概念。电极本专利技术的一个实施方式涉及一种电极，所述电极能够用作锂二次电池的正极或负极，并且例如在所述电极的电极活性层中以负载在用于负载电极活性材料的结构体中的形式包含电极活性材料。所述电极能够提高锂二次电池的充放电性能，从而增强电池的功能方面，并且除此之外，防止电极中的枝晶生长，并且防止电极活性材料与电解液之间的反应，由此改善锂二次电池的安全性。在下文中，将参照附图更详细地描述本专利技术。图1a和图1b是根据本专利技术的实施方式的电极(100)的示意图。当参照图1a时，电极(100)可以包含电极活性层(1)，所述电极活性层(1)包含能够负载电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极，所述电极包含：集电器；以及电极活性层，所述电极活性层形成在所述集电器上并且包含用于负载电极活性材料的结构体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.16 KR 10-2017-0033415;2018.03.15 KR 10-2011.一种电极，所述电极包含：集电器；以及电极活性层，所述电极活性层形成在所述集电器上并且包含用于负载电极活性材料的结构体。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述集电器为选自由铜、不锈钢、铝、镍、钛以及焙烧碳构成的组中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极活性层还包含粘结剂和导电材料。4.根据权利要求3所述的电极，其中基于所述电极活性层的总重量，所述电极活性层包含80重量％至99.5重量％的所述结构体、0.3重量％至19.8重量％的所述粘结剂以及0.2重量％至19.7重量％的所述导电材料。5.根据权利要求3所述的电极，其中所述粘结剂为选自由丙烯酸酯类橡胶和苯乙烯类橡胶构成的组中的一种或多种水性粘结剂。6.根据权利要求3所述的电极，其中所述导电材料为选自由碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑以及碳纤维构成的组中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的电极，其中所述结构体具有核壳形状。8.根据权利要求1所述的电极，其中所述具有核壳形状的结构体为球状或管状结构体。9.根据权利要求8所述的电极，其中所述管状结构体包含一端或两端开放的管。10.根据权利要求1所述的电极，其中所述结构体包含一端或两端开放的管；以及包含在所述管的内表面上的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙炳国，崔壮旭，金炳坤，张民哲，朴恩囧，崔净勋，姜东县，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR