具有低電阻的電化學裝置用電極、其制造方法和包含所述電極的電化學裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種高容量的電極，其用于使由粘合劑聚合物或導電材料所造成的電阻增加最小化；其制造方法；和使用其的電化學裝置。使用逐步的高剪切混合工序制造電極復合漿料，使得細粒的導電材料和粘合劑聚合物均勻地分散在所述電極復合漿料中。此外，在電極復合漿料中使用高容量的電極活性材料，從而制造高容量的電化學裝置。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本申請要求在2013年3月19日在韓國提交的韓國專利申請10-2013-0029335號和在2014年3月19日在韓國提交的韓國專利申請10-2014-0031969號的優先權，通過參考將其公開內容并入本文中。本公開內容涉及具有低電阻的電化學裝置用電極、其制造方法和包含所述電極的電化學裝置，并且更特別地，涉及具有較低電阻的電化學裝置用電極、其制造方法和包含所述電極的電化學裝置，在所述電極中粘合劑聚合物和導電材料以較小的尺寸分散。
技術介紹
隨著移動裝置的技術開發和需求增加，對作為能源的可再充電的電化學裝置的需求急劇增加，并且正在廣泛地進行對滿足各種需求的電化學裝置的研宄。作為電化學裝置的代表性實例，可以給出鋰二次電池。鋰二次電池具有如下結構:其中，在隔膜置于正極和負極之間的情況下使用正極和負極形成電極組件，所述正極和所述負極各自通過在集電器上涂布活性材料而制造，并且所述電極組件浸滲有包含鋰鹽的非水電解液。通過分別在各集電器上涂布正極混合物漿料和負極混合物漿料而形成正極和負極，并且作為正極活性材料，已經使用鋰鈷基氧化物、鋰錳基氧化物、鋰鎳基氧化物和鋰復合氧化物，并且作為負極活性材料，已經主要使用碳基材料。近來，具有高放電容量并同時充分顯示高容量特性的正極活性材料如鋰鎳基氧化物引起了更多關注。然而，當通過一般方法將包含高容量正極活性材料的電極混合物漿料混合時，存在如下缺點:基于電壓區域的晶體結構破壞和由產生的金屬離子造成的負極固體電解質中間相(SEI)層的性能的劣化。由于廣泛用作負極活性材料的石墨基材料幾乎達到372mAh/g的其理論最大容量，所以在充分用作快速變化的下一代能源方面，石墨基材料暴露了其限制。在將鋰金屬用作負極活性材料的情況下，由于其非常高的能量密度而可能實現高容量，但是在重復充放電期間存在由枝晶造成的安全性問題和短循環壽命問題。另外，已經進行嘗試以使用碳納米管作為負極活性材料，但是已經注意到碳納米管的低產率、高成本和50%以下的低初始效率。同時，由于已知硅、錫或其合金能夠通過與鋰形成化合物的反應而可逆地嵌入和脫嵌大量鋰，所以近來正廣泛地進行研宄以使用這些材料作為負極活性材料。例如，由于硅具有比石墨基材料高得多的約4020mAh/g的理論最大容量，因此硅是有希望的高容量負極活性材料。粘合劑聚合物用于活性材料之間的粘合以及活性材料和集電器之間的粘合，并且通過阻止電池充放電期間的體積膨脹而對電池特性具有重要的影響。然而，當將過量的粘合劑聚合物用于降低充放電期間的體積變化時，可能使活性材料從集電器的脫離減少，但是由于粘合劑聚合物的電絕緣性而致電阻增加并且活性材料的量相對下降，從而導致容量下降。更具體地，廣泛用作粘合劑聚合物的聚偏二氟乙烯(PVdF)的粘合強度欠佳，帶來安全性問題并由于在制備漿料時使用有機溶劑而造成環境污染。為了解決PVdF的這些問題，提出了如下方法:對水性粘合劑聚合物如丁苯橡膠(SBR)進行水性聚合并將其與增稠劑等混合。水性粘合劑聚合物是環境友好的并且具有粘合劑聚合物的使用含量下降和由此電池容量增大的優點，但是具有因包含聚合物即絕緣材料而造成的電導率低的缺點。將導電材料添加到電極混合物中以提高電極的導電性。然而，因為導電材料是疏水性的，所以潤濕性低并且導電材料粒子對凝聚的易感性大，從而與活性材料或粘合劑聚合物的均勻分散和混合是不可能的。另外，因為導電材料不能滲透粘合劑聚合物即絕緣材料，所以在提高電導率方面存在限制。近來，為了滿足電化學裝置市場上的高容量/低電阻電化學裝置的增長的需求，對導電材料的細?；男枨笤黾?。為了跟上導電材料的細?；瑢щ姴牧系某叽缦陆抵良{米水平，結果，導電材料對凝聚的易感性進一步增大，這使得與電極活性材料和粘合劑聚合物的均勻分散更加困難。特別地，因為多孔活性材料通常顯示剪切增稠(shear thickening)特性的流變性質，所以使用多孔活性材料的電極混合物漿料在與導電材料的均勻分散方面存在困難。
技術實現思路
摶術問題設計了本公開內容以解決上述技術問題，因此，本公開內容旨在通過改變導電材料/聚合物粘合劑/活性材料的適當組合和制造方法而獲得低電阻/高容量電池。_5] 技術方案根據本公開內容的一方面，提供一種電極，其包含活性材料成分、粘合劑聚合物和導電材料，其中所述粘合劑聚合物結合至所述導電材料，并且所述結合的粘合劑聚合物具有在27000?380000范圍內的分子量。所述粘合劑聚合物可具有69000?100000范圍內的分子量。所述粘合劑聚合物可以為選自如下的任一種:聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸化的丁苯橡膠、或其混合物。所述粘合劑聚合物可以為選自如下的任一種:羧甲基纖維素、丁苯橡膠、聚四氟乙烯、液體硅橡膠(LSR)、或其混合物。所述導電材料可以為選自如下的任一種:碳質材料，包括天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維；金屬材料，包括銅、鎳、鋁、銀的金屬粉末或金屬纖維；和導電聚合物，包括聚苯撐衍生物，或其混合物。所述導電材料可具有5nm?10nm的一次凝聚體粒徑。所述導電材料可具有30nm?I μπι的二次凝聚體粒徑。所述活性材料成分可以為選自如下的任一種:由LiaNixMnyCozO2表示的化合物，其中 0.6〈a/(x+y+z)〈l.0 且 1.4<x+y+z<2.5 ;LiCo02;LiFe0 4;或其混合物。所述活性材料成分可以為硅基化合物、錫基化合物或其混合物?；?00重量份的活性材料固體含量，可以以5重量份?10重量份的量使用所述粘合劑聚合物?；?00重量份的活性材料固體含量，可以以3重量份?15重量份的量使用所述導電材料。根據本公開內容的另一方面，提供包含以上電極的電化學裝置。所述電化學裝置可以為鋰二次電池。所述電化學裝置可以在作為運行電壓的4.2V以上的電壓范圍(全電池)內運行。根據本公開內容的另一方面，提供一種制造電極的方法，包括:進行漿料的第一高剪切混合，所述漿料包含在其中分散的粘合劑聚合物；向所述漿料添加導電材料，并進行第二高剪切混合；在獲得的漿料中添加電極活性材料并將其分散以獲得電極混合物漿料；以及將所述電極混合物漿料涂布在集電器上并干燥。所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自可以通過珠磨機、微射流均質機(microfIudizer)、費爾混合器(Fil mixer)或行星式分散混合器而獨立地進行。所述第一高剪切混合和所述第二高剪切混合各自可以以20000?40000rpm進行。所述第一高剪切混合工序之后的粘合劑聚合物可具有在27000?380000范圍內的分子量。所述第二高剪切混合工序之后的漿料可具有在20mV?10mV范圍內的ζ電位絕對值。[0當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電極，包含：活性材料成分、粘合劑聚合物和導電材料，其中所述粘合劑聚合物結合至所述導電材料，并且所述結合的粘合劑聚合物具有在27000～380000范圍內的分子量。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李相均，李秉培，權起暎，崔復圭，吳世橒，
申請(專利權)人：株式會社LG化學，
類型：發明
國別省市：韓國;KR