电极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电极（１）及其制备方法，具体地，本发明专利技术涉及具有活性物质层（１２）、导电物质层（１４）、或活性物质和导电物质混合物层的复杂结构的电极（１），所述电极尽管很薄，但仍显示优良的电化学性质，本发明专利技术还涉及使用ＳＩＣ涂覆法制备电极的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极及其制备方法相关申请的交叉参考本申请要求在2004年5月17日提交的美国临时专利申请号60/571,842和在2005年5月17日提交的韩国专利申请号10-2005-0041033的优先权和利益，上述参考文献以其全文引入本文以供参考。专利
本专利技术涉及电极及其制备方法。具体地，本专利技术涉及显示优良电化学性质的电极、和使用基底诱导凝固(SIC)涂覆法制备具有由活性物质和导电物质形成的层的电极的方法。专利技术背景电气元件如电池组、超级电容器和燃料电池包含经电化学反应产生电流的电极。典型的电极包含提供阴极或阳极性质的活性物质及增强导电性的导电物质，该电极具有如下形式：含有活性物质和导电物质的复合混合物，所述复合混合物通过粘合剂连接到集电器。典型地，在电极上形成活性物质和导电物质层的方法如下：通过在溶剂中将活性物质和导电物质与粘合剂混合来制备浆，然后用这种浆直接涂覆集电器表面。但是，通过常规浆涂覆方法制备的电极不适合高性能电气元件的发展。这是因为，在常规方法中，活性物质和导电物质用粘合剂进行物理连接，这使一些活性物质和导电物质掩埋在粘合剂中，导致活性-->物质或导电物质粒子之间的较少接触。专利技术概述为了解决本领域中的这些问题，本专利技术的目的是提供具有优良电化学性质的电极，所述电极具有薄且均匀的活性物质、导电物质或其混合物的涂层。本专利技术的另一目的是提供制备电极的方法，其利用基底诱导凝固(SIC)法在电极基底上涂覆活性物质、导电物质或其混合物的涂层。为实现目的，本专利技术提供了电极，所述电极包含：a)电极基底；b)活性物质；c)导电物质；和d)将活性物质和导电物质连接到电极基底的聚合电解质。另外，本专利技术提供了制备电极的方法，所述方法包括如下步骤：使用SIC涂覆法将活性物质层、导电物质层或其混合物的复合层涂覆到电极基底表面上。附图简述附图被包括以供进一步理解本专利技术，所述附图被包括在本说明书中并构成其一部分，阐明了本专利技术的实施方案，和说明一起用于解释本专利技术的原理。图1为显示本专利技术电极第一实施方案的横截面图；图2为显示本专利技术电极第二实施方案的横截面图；图3为包括本专利技术电极的锂二次电池的局部展开透视图；图4为使用SIC法制备电极的方法的过程图；图5为依照实施例1和比较例1制备的电极的循环伏安图(v＝50μVs-1)；图6为包括依照实施例1制备的电极的电池组在0.1C(C-rate，充电率)下的恒电流循环图；-->图7为包括依照实施例1制备的电极的电池组在10C下的恒电流循环图。优选实施方案详述通常，电气元件中的电极越薄，电气元件显示的电化学性质就越好。但是，不能轻易减小电极的厚度，因为电极中所含的活性物质和导电物质的量必须维持在适当的水平。为了制备含适量活性物质和导电物质的薄电极，必须开发一种能更精细地涂覆活性物质和导电物质的方法。本专利技术的专利技术人先前已提出一种通过掺杂少量导电物质来制备具有优良导电性的复合物质的SIC涂覆法(参见：WO92/00315，“ColloidsSurfaces A：Physicochem.Eng.Aspects 143(1998)17”、“ColloidsSurfaces A：Physicochem.Eng.Aspects 168(2000)23”和“Proceedings ofThe 12th International Seminar on Double Layer Capacitors，FloridaEducational Seminars Inc.(2002)”)。另外，美国专利5,916,485描述了一种制备用导电物质涂覆的导电复合粒子的方法，所述方法通过用SIC涂覆法在粉末形式的不导电物质或弱导电物质的表面上掺杂导电物质来进行，而美国专利5,705,219描述了一种用SIC涂覆法在不导电基底表面上涂覆导电物质来制备印刷电路板和其它物品的方法。但是，不存在制备如下电极的例子，其中使用SIC涂覆法在电极基底表面上形成活性物质和导电物质的层。本专利技术的电极不同于用常规浆涂覆法制备的电极，不同之处在于本专利技术电极的活性物质和导电物质各自形成自己的层，并具有比常规电极的活性物质层更精细的结构，即使较小的厚度也可显示优良的性能。本专利技术电极包括：a)电极基底；b)活性物质；c)导电物质；和d)-->将活性物质和导电物质连接到电极基底的聚合电解质。对电极基底没有特别限制，优选用于常规电极中的集电器，更优选包含选自不锈钢、铜、钛、铝和ITO中的至少一种的集电器。另外，集电器不受其表面粗糙度的限制。这样，本专利技术的电极可以包括粗糙-和光滑-表面的集电器作为电极基底。优选地，活性物质是选自钛酸锂、钴酸锂和锰酸锂中的至少一种活性物质，上述活性物质可以为其中一部分钛、钴或锰被另一种金属替代的形式。但是，优选的是活性物质粒子具有10μm或更小的平均粒子直径，更优选具有10nm至1μm的平均粒子直径，最优选具有100nm至200nm的平均粒子直径。当活性物质的平均粒子直径超过10μm时，涂料的有效性变低。优选地，导电物质为细粉形式的导电物质，尽管没有特别限定某些物质，但优选选自炭黑和活性炭中的至少一种。聚合电解质在概念上不同于常规用于制备电极的粘合剂，该聚合电解质具有将活性物质和导电物质连接到电极基底表面的作用。当电极基底的表面用含聚合电解质的调理溶液调理时，聚合电解质在电极基底表面上起凝固引发剂的作用，活性物质和导电物质通过聚合电解质和活性物质或导电物质之间的分子间力连接到电极基底表面。这样，在连接到电极基底表面的聚合电解质与活性物质或导电物质之间的凝固力是决定涂料性能的重要因素。优选地，聚合电解质是选自以下的一种或多种聚合物：i)水溶性聚合物；ii)带阳离子电荷的聚合电解质；iii)不带电的水溶性高分子；和iv)带阴离子电荷的高分子量物质。-->具体地，水溶性聚合物优选为选自以下的一种或多种化合物：明胶、携带铵基的聚丙烯酸酯、和清蛋白。带阳离子电荷的聚合电解质优选为选自以下的一种或多种化合物：丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与盐的共聚物、和携带简单铵基或取代铵基的氨基丙烯酸酯或其他聚合电解质的季产物。这类化合物通常称为“絮凝剂”，其例子为Superfloc(American Cyanamid)、Etadurin(Akzo)、Sedipur(BASF)、Magnafloc(Allid Colloids)、Nalcolyte(Nalco)、Sanfloc(Sanyo)和Separan(Dow Chemical)。不带电的水溶性高分子优选为选自以下的一种或多种化合物：聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙二醇，聚乙二醇醚，表氯醇-咪唑加合物，聚乙烯咪唑，多糖如琼脂、淀粉、果胶和葡聚糖，和多糖如藻酸。带阴离子电荷的高分子量物质优选为选自以下的一种或多种化合物：羧甲基纤维素的钠盐、藻酸的钠盐、甘露糖醛酸和葡糖醛酸的共聚物、聚羧酸如聚丙烯酸和聚乙烯磷酸的碱金属盐。具有通过聚合电解质连接的活性物质和导电物质的电极可以是如下形式：其中活性物质层和导电物质层交替排列一次或多次，并且通过聚合电解质连接电极基底、活性物质层和导电物质层。图1为显示本专利技术电极1的实施例1的横截面图，其中电极基底10、聚合电解质11、活性物质层12、聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，所述电极包括：ａ）电极基底；ｂ）活性物质；ｃ）导电物质；和ｄ）将活性物质和导电物质连接到电极基底的聚合电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-5-17 10-2005-0041033;US 2004-5-17 60/571,81.一种电极，所述电极包括：a)电极基底；b)活性物质；c)导电物质；和d)将活性物质和导电物质连接到电极基底的聚合电解质。2.如权利要求1所述的电极，其中聚合电解质是选自以下的至少一种聚合物：i)水溶性聚合物；ii)带阳离子电荷的聚合电解质；iii)不带电的水溶性高分子；和iv)带阴离子电荷的高分子量物质。3.如权利要求2所述的电极，其中：i)水溶性聚合物是选自以下的至少一种：明胶、携带一定数量铵基的聚丙烯酸酯、和清蛋白；ii)带阳离子电荷的聚合电解质是选自以下的至少一种：丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与盐的共聚物、和携带简单铵基或取代铵基的氨基丙烯酸酯或其他聚合电解质的季产物；iii)不带电的水溶性高分子是选自以下的至少一种：聚丙烯酰胺，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙二醇，聚乙二醇醚，表氯醇-咪唑加合物，聚乙烯咪唑，选自琼脂、淀粉、果胶、和葡聚糖中的多糖，和糖聚合物如藻酸；和iv)带阴离子电荷的高分子量物质是选自以下的至少一种：羧甲基纤维素的钠盐、藻酸的钠盐、甘露糖醛酸和葡糖醛酸的共聚物、聚羧酸如聚丙烯酸和聚乙烯磷酸的碱金属盐。4.如权利要求1所述的电极，其中电极包括通过聚合电解质连接-->到电极基底表面的活性物质层和导电物质层，且电极为如下形式：其中活性物质层和导电物质层被交替排列一次或多次。5.如权利要求4所述的电极，其中活性物质层具有10nm至10μm的厚度，导电物质层具有10nm至5μm的厚度。6.如权利要求1所述的电极，其中电极包括通过聚合电解质连接到电极基底表面的活性物质和导电物质的复合层。7.如权利要求6所述的电极，其中复合层具有10nm至10μm的厚度。8.如权利要求1所述的电极，其中电极基底为包括选自不锈钢、铜、钛、铝和ITO中的至少一种的集电器。9.如权利要求1所述的电极，其中活性物质为选自钛酸锂(Li4Ti5O12)、钴酸锂和锰酸锂中的至少一种。10.如权利要求1所述的电极，其中导电物质为选自炭黑和活性炭中的至少一种。11.如权利要求1所述的电极，其中电极用于电池组、超级电容器或燃料电池中。12.如权利要求1所述的电极，其中通过基底诱导凝固...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯沃纳莱特纳，于尔根奥托贝森哈德，凯克里斯蒂安莫勒，马丁温特，李琪永，朴盛镛，韩重熙，贝恩哈德罗伯特约拉斯，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]