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电极和包括该电极的二次电池，所述电极包括电极活性材料层，所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，所述导电剂包括：石墨烯；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；和炭黑，其中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。量被包括在所述电极活性材料层中。量被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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0123261号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容整体结合在此。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种包括电极和包括该电极的二次电池，所述电极包括电极活性材料层，所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，所述导电剂包括：石墨烯；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；和炭黑，其中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，并因此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]与此同时，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性导电剂，从而通过进一步提高导电性来提高电池容量。
[0008]单壁碳纳米管是线性导电剂中的一种，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，将单壁碳纳米管完全分散以制备包括单壁碳纳米管单元的分散体，其中单壁碳纳米管单元以单链形式存在，然后通过该分散体来制备电极浆料，并通过该电极浆料来制备电极活性材料层。因此，单壁碳纳米管以单元(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，存在难以在电极活性材料层中保持导电网络的局限性。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]为此，存在一种使用多壁碳纳米管以便在碳纳米管表面受损的情况下确保导电性的方法。然而，由于通过以结点生长而形成的结构，多壁碳纳米管在制备分散体期间被切成过短的长度，因此在改善电极的导电性方面存在局限性。
[0010]与此同时，诸如石墨烯的平面导电剂也具有优异的导电性，但是存在局限性，即难以生产具有较薄厚度的单层(single layer)的石墨烯，并且如果使用具有较厚厚度的石墨烯，则电池效率降低。此外，在平面导电剂的情况下，存在局限性，即由于宽泛的平面接触，电解质在电池中的迁移率受到限制。此外，石墨烯主要以覆盖电极活性材料的表面的形式
存在，因此不适合在电极活性材料之间形成长的导电网络。
[0011]此外，当使用线性导电剂或平面导电剂时，存在局限性，即在卷绕电极的工序中电极活性材料容易受损。
[0012]因此，需要一种抑制电极活性材料的损坏、减小电极的电阻、并因此改善电池的寿命特性的方法。

技术实现思路

[0013]技术问题
[0014]本专利技术的一个方面提供了一种电极，该电极能够抑制电极活性材料的损坏并降低电极的电阻，从而改善电池的寿命特性。
[0015]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
[0016]技术方案
[0017]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，所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，所述导电剂包括：石墨烯；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；和炭黑，其中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。
[0018]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。
[0019]有益效果
[0020]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，并因此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，也能够抑制由于碳纳米管结构的损坏而导致的导电性下降，以及能够形成长的导电网络。此外，因为电极包括石墨烯，所以由于石墨烯的优异的导电性，可以进一步降低电极的电阻。此外，由于石墨烯通过覆盖电极活性材料的表面而有助于形成短的导电网络，因此，由于石墨烯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，由于存在石墨烯同时覆盖碳纳米管结构的至少一部分，因此即使在重复进行电池的充放电期间也能够保持紧密的导电网络。因此，可以改善电池的寿命特性。此外，因为本专利技术的电极包括炭黑，由于炭黑的硬度低，因此能够抑制在卷绕电极时电极活性材料的损伤。因此，可以改善电池的寿命性能。
附图说明
[0021]图1是通常使用的多壁碳纳米管单元(A)和本专利技术的实施例中使用的碳纳米管结构(B和C)的SEM照片。
[0022]图2是本专利技术的实施例中使用的碳纳米管结构(A)和通常使用的完全分散的单壁碳纳米管单元(B)的TEM照片。
[0023]图3是本专利技术的实施例中的电极的SEM照片。
具体实施方式
[0024]说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应解释为受限于常规含义或字典含
义，而应基于专利技术人能够适当地定义术语的概念以便以最佳方式解释本专利技术的原则，这些术语或词语应被解释为与技术精神相一致的含义和概念。
[0025]本文中使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的，并不旨在限制本专利技术。除非上下文另外明确指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
[0026]将理解的是，当在本说明书使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指定存在所述的特征、数字、步骤、元件或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其他的特征、数字、步骤、元件或其组合。
[0027]在本说明书中，除非另外明确指出，否则表述“％”表示重量％。
[0028]在本说明书中，表述“比表面积”是通过BET法测量的，其中，特别地，可以使用Bell Japan公司的BELSORP
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mini II由液氮温度(77K)下的氮气吸附量来计算比表面积。
[0029]在本说明书中，平均粒径(D
50
)可定义为粒径分布曲线中累积体积为50％时的粒径。例如，可以通过使用激光衍射法(laser diffraction method)来测量平均粒径(D
50
)。激光衍射法通常能够测量从亚微米(submicron)级到几毫米范围的粒径，并且能够获得高重复性和高分辨率的结果。
[0030]在本专利技术中，单壁碳纳米管单元是指具有由碳原子构成的单壁的管状单元，多壁本文档来自技高网...

【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，所述电极活性材料层包括电极活性材料和导电剂，所述导电剂包括：石墨烯；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；和炭黑，其中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，其中所述石墨烯的平均长度为0.1μm至100μm。3.根据权利要求1所述的电极，其中所述石墨烯的平均厚度为0.3nm至300nm。4.根据权利要求1所述的电极，其中所述石墨烯的BET比表面积为100m2/g至500m2/g。5.根据权利要求1所述的电极，其中所述石墨烯以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。6.根据权利要求1所述的电极，其中所述碳纳米管结构彼此连接以形成所述电极中的网络结构。7.根据权利要求1所述的电极，其中，在所述碳纳米管结构中，所述单壁碳纳米管单元并排布置并结合。8.根据权利要求1所述的电极，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔舜炯，金容俊，金泰坤，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：