具有均匀孔隙率的多层电极以及包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种多层电极，其包括集流体；以及形成在所述集流体的至少一个表面上的包含n个(其中，n≥2)活性材料层的多层电极材料层，其中，每个活性材料层包含电极活性材料和粘合剂，各活性材料层中的粘合剂彼此不同，并且从离集流体最近的第一活性材料层到离集流体最远的第n活性材料层，所述多层电极材料层具有均匀的孔隙率。本发明专利技术还涉及一种包含该电极的锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有均匀孔隙率的多层电极以及包含其的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2018年10月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0124558的优先权，通过援引将其公开内容完整并入本文。本专利技术涉及具有均匀孔隙率的多层电极以及包含其的锂二次电池。
技术介绍
对于移动设备的技术开发和需求的增加，导致对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长寿命和低自放电率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。另外，对环境问题的日益关注引起了与替代作为空气污染的主要原因的使用化石燃料的车辆(如汽油车辆和柴油车辆)的电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)相关的大量研究。作为这种电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的动力源，主要研究并使用具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池。锂二次电池正被开发为能够根据消费者需求实现高电压和高容量的模型，并且为了具有高容量，在有限的空间内需要优化锂二次电池的四个部件，即正极材料、负极材料、隔膜和电解液。同时，随着二次电池的开发，最近，由于各种原因，已经开发出具有多层结构的电极，其中活性材料层不是单层，而是两层以上。例如，为了解决粘合剂或导电材料在干燥过程中脱落的问题，为了提高充电/放电特性和寿命特性等，或者为了在使用不同的活性材料时表现出最理想的二次电池性能，使用了多层电极。由于多层电极是通过涂覆各活性材料层然后辊压而制备的，因此可以设计并实现最终电极的孔隙率。然而，难以控制每个活性材料层的孔隙率，并且所施加的压力程度不同，因此存在各层的孔隙率不同的问题。因此，非常需要开发出即使在多层电极中也通过解决上述问题而具有整体上均匀的孔隙率的二次电池用电极。
技术实现思路
[技术问题]本专利技术用来解决上述问题和其他尚未解决的技术问题。本专利技术提供一种具有多层结构的电极，其中，将物理性质不同的粘合剂施加到各活性材料层，从而使包含n个活性材料层的电极材料层具有整体上均匀的孔隙率。[技术方案]根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种多层电极，其包括集流体；以及形成在所述集流体的至少一个表面上的包含n个(其中，n≥2)活性材料层的多层电极材料层，其中，每个活性材料层都包含电极活性材料和粘合剂，各活性材料层中的粘合剂彼此不同，并且从离集流体最近的第一活性材料层到离集流体最远的第n活性材料层，所述多层电极材料层具有均匀的孔隙率。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种多层电极的制备方法，其包括以下步骤：(a)确定电极材料层的总孔隙率；(b)考虑所述电极材料层的总孔隙率，选择弹性恢复率不同的n种(其中，n≥2)粘合剂；(c)将所述粘合剂与电极活性材料混合以制备n种浆料，其中，选择所述粘合剂使得从构成离集流体最近的第一活性材料层的第一浆料到构成离集流体最远的第n活性材料层的第n浆料，所述粘合剂的弹性恢复率依次增加；以及(d)将第1至第n浆料依次涂布至集流体，干燥，然后辊压以形成电极材料层，其中，从第一活性材料层到第n活性材料层，所述电极材料层具有均匀的孔隙率。根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种包含该多层电极的锂二次电池和包含该锂二次电池作为电源的装置。具体实施方式根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种多层电极，其包括集流体；以及形成在所述集流体的至少一个表面上的包含n个(其中，n≥2)活性材料层的多层电极材料层，其中，每个活性材料层都包含电极活性材料和粘合剂，各活性材料层中的粘合剂彼此不同，并且从离集流体最近的第一活性材料层到离集流体最远的第n活性材料层，所述多层电极材料层具有均匀的孔隙率。即，传统上，当制造多层电极时，在辊压过程中对整个活性材料层施加相同的压力，从而可以设计最终的孔隙率。然而，由于向靠近辊压材料的第n活性材料层施加的压力高，并且向远离辊压材料的第1活性材料层施加的压力低，因此从第1活性材料层到第n活性材料层孔隙率降低，并且各活性材料层的孔隙率不可避免地彼此不同。如果为了解决该问题而在涂布各活性材料层的过程中分开进行干燥和辊压，则应当对每个步骤都进行干燥和辊压，因此会降低工艺效率。另外，由于更靠近集流体的活性材料层暴露于更多次的辊压过程，因此应考虑次数来确定辊压压力，因此应进行非常复杂且困难的计算。因此，本专利技术人已经确认，当各活性材料层包含弹性恢复率不同的适当的粘合剂时，即使在涂布所有多层活性材料层然后进行干燥和辊压之后，包含活性材料层的整个电极材料层也可以具有均匀的孔隙率。这是因为粘合剂可以控制各活性材料层的辊压程度。另外，当每个活性材料层都具有均匀的孔隙率并且孔隙率在整体上均匀时，可以确认二次电池的整体性能(例如输出特性)得到提高，从而完成了本专利技术。在此，孔隙率可以为20％至50％，即，从第一活性材料层到第n活性材料层，每个活性材料层的孔隙率可以为20％至50％，具体地20％至30％。因此，整个电极材料层的孔隙率也可以在上述范围内，并且电极材料层的总孔隙率和每个活性材料层的孔隙率几乎相等。如本文所用，术语“均匀”是指差异在2％以内，更具体地在1％以内，并且活性材料层之间的孔隙率差异非常小。孔隙率可以通过SEM分析来测量。具体而言，可以通过如下出量化电极厚度方向上的孔分布的方法来获得：在分析之前，将电极用环氧树脂填充并在真空中干燥以制备分析样品。将其分成9个部分使得在平面图中具有相同的间距，并且沿着9等分的直线在厚度方向上通过离子铣削(ionmilling)来切割电极活性材料层样品。通过SEM(10kV)拍摄各横截面，并且由各横截面的SEM图像计算孔相对于总横截面积的面积比。将9个孔面积比的平均值定义为电极活性材料层的孔隙率值。同时，如上所述，当在辊压过程中进行辊压时，靠近辊压材料的第n活性材料层受到最强的压力(因为压力是按原样施加的)，而远离辊压材料的第一活性材料层受到与距离成反比的相对较小的压力。因此，从离集流体最近的第一活性材料层到离集流体最远的第n活性材料层，各活性材料层中包含的粘合剂可以具有变高的弹性恢复率。即，弹性恢复率高的粘合剂能够抵抗压力。因此，将弹性恢复率低的材料包含在被施加的压力最小的第一活性材料层中，并且将弹性恢复率高的材料包含在被施加的压力最大的第n活性材料层中，因此可以将施加到各活性材料层的辊压压力调节至几乎相同，以获得整体上均匀的孔隙率。此时，在各活性材料层中，在相邻的活性材料层中，离集流体较远的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率可以比离集流体较近的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率大5％至30％，具体地5％至10％。即，根据本专利技术获得的各层的粘合剂之间的弹性恢复率差异可以在上述范围内。具体而言，第一活性材料层中包含的粘合剂的弹性恢复率可以为5至10％，并且第n活性材料层中包含的粘合剂的弹性恢复率可以为10至15％，且其范围大于第一活性材料层中包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层电极，其包括/n集流体；以及形成在所述集流体的至少一个表面上的包含n个活性材料层的多层电极材料层，其中n≥2；/n其中，每个活性材料层都包含电极活性材料和粘合剂，/n各活性材料层中的粘合剂彼此不同，并且/n从离所述集流体最近的第一活性材料层到离所述集流体最远的第n活性材料层，所述多层电极材料层具有均匀的孔隙率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181018 KR 10-2018-01245581.一种多层电极，其包括
集流体；以及形成在所述集流体的至少一个表面上的包含n个活性材料层的多层电极材料层，其中n≥2；
其中，每个活性材料层都包含电极活性材料和粘合剂，
各活性材料层中的粘合剂彼此不同，并且
从离所述集流体最近的第一活性材料层到离所述集流体最远的第n活性材料层，所述多层电极材料层具有均匀的孔隙率。


2.如权利要求1所述的多层电极，其中，所述孔隙率为20％至50％。


3.如权利要求1所述的多层电极，其中，所述孔隙率为20％至30％。


4.如权利要求1所述的多层电极，其中，从离所述集流体最近的第一活性材料层到离所述集流体最远的第n活性材料层，各活性材料层中包含的粘合剂的弹性恢复率变高。


5.如权利要求4所述的多层电极，其中，在各活性材料层中的相邻的活性材料层中，离所述集流体较远的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率比离所述集流体较近的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率大5％至30％。


6.如权利要求4所述的多层电极，其中，在各活性材料层中的相邻的活性材料层中，离所述集流体较远的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率比离所述集流体较近的活性材料层的粘合剂的弹性恢复率大5％至10％。


7.如权利要求4所述的多层电极，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：闵智媛，金宣圭，宣炅银，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR