锂二次电池用电极、其制备方法和包含其的锂二次电池技术

本发明专利技术提供了一种锂二次电池用电极，其包括电极活性材料、导电材料和粘合剂，其中粘合剂在多个方向上被纤维化。对于活性层，使用包含4片叶片的搅拌器在10000rpm下研磨30秒的颗粒的平均直径(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用电极、其制备方法和包含其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种锂二次电池用电极及其制备方法以及包含该电极的锂二次电池。具体地，本专利技术涉及一种在活性层中包含沿多个方向纤维化的粘合剂的锂二次电池用电极及其制备方法以及包含该电极的锂二次电池。
[0002]本申请要求基于2021年9月16日提交的韩国专利申请10
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2021
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0123848号、2021年9月16日提交的韩国专利申请10
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2021
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0123856号和2022年9月15日提交的韩国专利申请10
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2022
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0116025号优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术介绍

[0003]随着技术的发展和对移动设备需求的增加，对作为能源的二次电池的需求也在快速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并广泛应用。
[0004]当制备锂二次电池用电极时，将电极活性材料、导电材料和粘合剂进行混合以制备包含电极活性材料的混合物。将这样制备的混合物施加到电极集流体上，然后通过例如轧辊等设备加压以制备电极。当压制例如聚四氟乙烯(PTFE)等粘合剂时，以与轧辊接触的表面为中心发生纤维化。这种纤维化是在轧辊的移动方向(机器方向，MD方向)上进行的，并且主要形成在位于电极表面上的粘合剂中。即使粘合剂被纤维化，由于位于电极内部的电极活性材料、导电材料和粘合剂仍然以小颗粒的形式分散，电极的耐久性可能不足。电极的耐久性也是与电极寿命相关的因素，并且可以直接影响电池的性能。特别地，当以干法制备电极时，由于电极活性材料颗粒、导电材料和粘合剂之间的结合力可能相对降低，为了改善电极的耐久性，粘合剂的纤维化可能起着更重要的作用。
[0005]在该
中，正在进行改善锂二次电池中使用的电极的耐久性的研究，本专利技术人在这些研究之后完成了本专利技术。
[0006][现有技术文献][0007][专利文献][0008](专利文献1)韩国专利公开10
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2014
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0136952号

技术实现思路

[0009][技术问题][0010]本专利技术的目的是提供一种能够改善电极活性材料、导电材料和粘合剂之间的结合力的锂二次电池用电极、其制备方法以及包含该电极的锂二次电池。
[0011][技术方案][0012]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种锂二次电池用电极，其包括包含电极活性材料、导电材料和粘合剂的活性层，其中所述粘合剂在多个方向上被纤维化。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，对于活性层，使用包含4片叶片的搅拌器在10000rpm下研磨30秒时的颗粒的平均直径(D
50
)是200μm至500μm。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，活性层在MD方向上的拉伸强度为7.5kgf/cm2以上。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，活性层的MD方向/TD方向的拉伸强度比为1至1.3。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，电极活性材料是平均粒径(D
50
)为7μm至30μm的锂过渡金属氧化物。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，导电材料是碳质材料或金属材料。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，粘合剂包含聚四氟乙烯。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，基于电极活性材料的总重量，粘合剂在活性层中的含量为0.5重量％至5重量％。
[0020]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂二次电池用电极的制备方法，其包括通过以下步骤制备活性层：
[0021](1)将存储在低温下的电极活性材料、导电材料和粘合剂混合，(2)在高温下对混合材料进行一次纤维化，(3)在室温下对经纤维化的材料进行研磨，以及(4)对研磨后的材料进行二次纤维化。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，在步骤(1)中，用以5000RPM至20000RPM旋转的搅拌器对存储于
‑
20℃至
‑
1℃下的电极活性材料、导电材料和粘合剂进行混合。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，在步骤(2)中，使用对混合材料施加20N
·
m至200N
·
m的剪切力的捏合机。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，在步骤(2)中，在50℃至70℃下用以10RPM至50RPM旋转的双螺杆捏合机对混合材料进行一次纤维化。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，在步骤(3)中，在室温下用以5000RPM至20000RPM旋转的搅拌器研磨经纤维化的材料。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，在步骤(4)中，在40℃至60℃下用以5RPM至20RPM旋转的三辊磨机(3roll mill)对研磨后的材料进行二次纤维化。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，选择在步骤(3)中研磨过的颗粒，使得在步骤(4)的二次纤维化之前仅包含粒径为1mm以下的颗粒。
[0028]在本专利技术的一个实施方式中，选择在步骤(3)中研磨过的颗粒，使得在步骤(4)的二次纤维化之前，Hausner比为1.6以下。
[0029][有益效果][0030]在本专利技术的锂二次电池用电极中，包含在活性层中的粘合剂在多个方向上被纤维化，因此改善了活性层中的电极活性材料、导电材料和粘合剂之间的结合力，并且进一步改善了电极的耐久性。
附图说明
[0031]图1是示意性地示出了现有技术的通过从顶部和底部辊压而制备的活性层的图。
[0032]图2是示意性地示出了根据本专利技术的实施方式制备的活性层的图。
[0033]图3a是根据比较例1制备的活性层内部的SEM图像(放大倍数：
×
3000)。
[0034]图3b是根据比较例1制备的活性层外部的SEM图像(放大倍数：
×
3000)。
[0035]图4a是根据实施例1制备的活性层内部的SEM图像(放大倍数：
×
3000)。
[0036]图4b是根据实施例1制备的活性层外部的SEM图像(放大倍数：
×
3000)。
[0037]图5是示出研磨根据实施例1和比较例1制备的活性层后研磨的颗粒的尺寸分布的图。
[0038]图6是示出了根据实施例5测量的堆密度和振实密度的结果的图。
[0039]图7是示出了根据Hausner比测量的流动性的图。
具体实施方式
[0040]本专利技术提供的实施方式都可以通过以下描述来实现。应当理解，以下描述应当理解为描述本专利技术的优选实施方式，但是不一定限制本专利技术。
[0041]关于本文描述的物理性质，如果没有具体描述测量条件和方法，则根据本领域技术人员通常使用的测量条件和方法来测量这些物理性质。
[0042]根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池用电极，其包括包含电极活性材料、导电材料和粘合剂的活性层，其中，所述粘合剂在多个方向上被纤维化。2.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，对于所述活性层，使用包含4片叶片的搅拌器在10000rpm下研磨30秒时的颗粒的平均直径D
50
是200μm至500μm。3.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，所述活性层在MD方向上的拉伸强度为7.5kgf/cm2以上。4.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，所述活性层的MD方向/TD方向的拉伸强度比为1至1.3。5.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，所述电极活性材料是平均粒径D
50
为7μm至30μm的锂过渡金属氧化物。6.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，所述导电材料是碳质材料或金属材料。7.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，所述粘合剂包含聚四氟乙烯。8.如权利要求1所述的锂二次电池用电极，其中，基于所述电极活性材料的总重量，所述粘合剂在所述活性层中的含量为0.5重量％至5重量％。9.一种权利要求1所述的锂二次电池用电极的制备方法，所述方法包括通过以下步骤制备活性层：(1)将存储在低温下的电极活性材料、导电材料和粘合剂混合；(2)在高温下对混合材料进行一次纤维化；(3)在室温下对经纤维化的材料进行研磨；(4)对研磨后的材料进行二次纤维化。10.如权利要求9所述的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：金奇泰，金贞吉，金泰坤，金明洙，权慧珍，河会珍，金昭希，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：