电极和包括该电极的二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种包括电极活性材料层的电极和包括该电极的二次电池，其中所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，其中所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，其中所述第一导电剂包括其中一个石墨烯片的一部分连接到相邻的另一石墨烯片的一部分的二级颗粒，所述二级颗粒包括沿不同方向排列的多个石墨烯片，所述第二导电剂包括其中2至5,000个单壁碳纳米管单元彼此结合的碳纳米管结构，并且所述碳纳米管结构以0.01重量％至0.5重量％的量被包括在所述电极活性材料层中。包括在所述电极活性材料层中。包括在所述电极活性材料层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极和包括该电极的二次电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月4日提交的韩国专利申请第10
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2019
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0122964号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种包括电极活性材料层的电极和包括该电极的二次电池，其中所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，其中所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，其中所述第一导电剂包括其中一个石墨烯片的一部分连接到相邻的另一石墨烯片的一部分的二级颗粒，所述二级颗粒包括沿不同方向排列的多个石墨烯片，所述第二导电剂包括其中2至5,000个单壁碳纳米管单元彼此结合的碳纳米管结构，并且所述碳纳米管结构以0.01重量％至0.5重量％的量被包括在所述电极活性材料层中。

技术介绍

[0005]随着近来对移动装置的技术发展和需求增加，对作为能源的电池的需求已显著增加，并且对能够满足各种需求的电池的各种研究已随之展开。特别地，作为用于这种装置的电源，已经积极地研究了具有优异的寿命特性和循环特性以及高能量密度的锂二次电池。
[0006]锂二次电池是指在电极组件中包括含锂离子的非水电解质的一种电池，所述电极组件包括：包括能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料的正极、包括能够嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料的负极、和设置在正极与负极之间的微孔隔板。
[0007]由于电极的导电性不能仅藉由电极活性材料来确保，电池的电阻可能会过高，因此，电极通常还额外地包括导电剂。通常，主要使用诸如炭黑的点型导电剂，并且还已使用诸如碳纳米管和碳纳米纤维的线型导电剂，从而通过进一步提高导电性来提高电池容量。
[0008]单壁碳纳米管是线型导电剂中的一种，并且由于其薄且细长的形状而提高了电极活性材料层中的导电性。因此，通常，制备包括单壁碳纳米管单元的分散体，其中通过将单壁碳纳米管单元完全地分散而使单壁碳纳米管单元以单链形式存在，随后使用该分散体来制备电极浆料，并使用该电极浆料来制备电极活性材料层。因此，单壁碳纳米管作为单元(单链)存在于电极活性材料层中。然而，当重复进行电池的充放电时，单壁碳纳米管单元的表面受损或者单壁碳纳米管单元破损，因此，可能难以在电极活性材料层中保持导电网络。因此，导电网络被阻塞或减少，并且这降低了电池的寿命特性。
[0009]因此，还存在一种使用多壁碳纳米管的方法，即使在碳纳米管的表面受损的情况下也可以确保导电性。然而，对于多壁碳纳米管，因为在制备分散体期间，由于其以结点为单元生长而形成的结构的缘故，会被切成过短的长度，因此限制了电极的导电性的提高。
[0010]对于诸如石墨烯的平面型导电剂来说，即使导电性是优异的，但是制备薄的单层(single layer)石墨烯会很困难，并且在使用厚的石墨烯的情况下，电池效率会降低。此外，对于平面型导电剂，由于宽泛的平面接触，因此电解液在电池中的迁移率会受到限制。此外，由于石墨烯主要以覆盖电极活性材料的表面的形式存在，因此它不适合在电极活性
材料之间形成长的导电网络。
[0011]因此，需要一种能够通过引入新型的导电剂来减小电极的电阻并改善电池的寿命特性的方法。

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]本专利技术的一个方面提供了一种具有低电阻并且能够改善电池的寿命特性的电极。
[0014]本专利技术的另一方面提供了一种包括所述电极的二次电池。
[0015]技术方案
[0016]根据本专利技术的一个方面，提供一种包括电极活性材料层的电极，其中所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，其中所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，其中所述第一导电剂包括其中一个石墨烯片的一部分连接到相邻的另一石墨烯片的一部分的二级颗粒，所述二级颗粒包括沿不同方向排列的多个石墨烯片，所述第二导电剂包括其中2至5,000个单壁碳纳米管单元彼此结合的碳纳米管结构，并且所述碳纳米管结构以0.01重量％至0.5重量％的量被包括在所述电极活性材料层中。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供一种包括所述电极的二次电池。
[0018]有益效果
[0019]由于根据本专利技术的电极包括其中2至5,000个单壁碳纳米管单元彼此结合的碳纳米管结构，因此即使在电池的充电/放电工序期间也可以顺畅地保持导电网络。因此，可以将电极的电阻保持在低水平，并且可以改善电池的寿命特性。此外，由于碳纳米管结构以长绳的形式存在于电极中，因此即使将电池持续地充放电，也可以抑制由于碳纳米管结构的损坏而导致的导电性下降，并且可以形成长的导电网络。此外，由于电极包括其中一个石墨烯片的一部分连接到相邻的另一石墨烯片的一部分的二级颗粒，因此，由于二级颗粒的优异的导电性，可以进一步降低电池的电阻。此外，由于二级颗粒主要布置在电极活性材料的表面上而有助于形成短的导电网络，因此，由于二级颗粒和碳纳米管结构的组合使用，可以在整个电极上均匀地形成导电网络。此外，由于存在二级颗粒，从而通过覆盖碳纳米管结构的至少一部分而将碳纳米管结构的至少一部分固定至电极活性材料，因此即使在重复进行电池的充放电期间也可以保持导电网络。此外，由于二级颗粒可以用作抑制因电子对电极活性材料层中的碳纳米管结构的吸引而导致的电子局部存在的一种中枢，因此可以提高电极活性材料层的导电性，从而进一步提高电池寿命。此外，由于藉由在二级颗粒中以各种取向存在的石墨烯片可以使碳纳米管结构的取向更加多样化，因此导电网络可以均匀地分布在电极活性材料层中。此外，由于二级颗粒中的石墨烯片具有比常规石墨烯更短的横向尺寸，因此可将对电解质溶液迁移率的抑制最小化。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的比较例中使用的多壁碳纳米管单元(A)和实施例中使用的碳纳米管结构(B，C)的扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0021]图2是本专利技术的实施例中使用的碳纳米管结构(A)和比较例中使用的单壁碳纳米管单元(B)的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0022]图3是示出本专利技术的实施例中使用的二级颗粒中所包括的石墨烯片的形成工序的示意图。
[0023]图4是本专利技术的制备例1中使用的二级颗粒(a)和制备例2中使用的二级颗粒(b)的TEM图像。
[0024]图5是在本专利技术的实施例中使用的二级颗粒的SEM图像和TEM图像。
[0025]图6是本专利技术的实施例1的电极的SEM图像。
[0026]图7是本专利技术的实施例1的电极的SEM图像。
[0027]图8是本专利技术的实施例1的电极的SEM图像。
[0028]图9是本专利技术的比较例4的电极的SEM图像。
具体实施方式
[0029]将理解的是，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应解释为常用字典中限定的含义，并且将进一步理解的是，基于专利技术人可适当地定义词语或术语的含义以最佳地解释本专利技术的原则，这些词语或术语应被解释为具有与本专利技术的技术构思和相关技术的背景下的含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括电极活性材料层的电极，其中所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，其中所述导电剂包括第一导电剂和第二导电剂，其中所述第一导电剂包括其中一个石墨烯片的一部分连接到相邻的另一石墨烯片的一部分的二级颗粒，所述二级颗粒包括沿不同方向排列的多个石墨烯片，所述第二导电剂包括其中2至5,000个单壁碳纳米管单元彼此结合的碳纳米管结构，并且所述碳纳米管结构以0.01重量％至0.5重量％的量被包括在所述电极活性材料层中。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述二级颗粒与所述碳纳米管结构的重量比在100:1至100:200的范围内。3.根据权利要求1所述的电极，其中所述二级颗粒以0.01重量％至1.0重量％的量被包括在所述电极活性材料层中。4.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构在所述电极中相互连接而形成网络结构。5.根据权利要求1所述的电极，其中所述单壁碳纳米管单元在所述碳纳米管结构中并排布置和结合。6.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构的平均长度为1μm至500μm。7.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构的平均长度为10μm至70μm。8.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构的平均直径为2nm至200nm。9.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构的平均直径为50nm至120nm。10.根据权利要求1所述的电极，其中所述单壁碳纳米管单元的平均直径为0.5nm至5nm。11...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泰坤，朴信英，李宝蓝，曺炯万，柳泰求，郭玟，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：